KR20190094213A - 구조체를 측정하는 방법, 검사 장치, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

오버레이 계측 타겟(T)이 리소그래피 프로세스에 의해 형성된다. 타겟 구조체의 제 1 이미지(740(0))가 제 1 각도 분포를 가지는 조명 방사선을 사용하여 얻어지고, 제 1 이미지는 제 1 방향(X)으로 회절된 방사선 및 제 2 방향(Y)으로 회절된 방사선을 사용하여 형성된다. 타겟 구조체의 제 2 이미지(740(R))는 제 1 각도 분포와 동일하지만 90 도 회전되는 제 2 각도 조명 분포를 가지는 조명 방사선을 사용하여 얻어진다. 제 1 이미지 및 제 2 이미지는 타겟 구조체의 동일한 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선과 제 2 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위해서 함께 사용될 수 있다. 이러한 구별은, 타겟 구조체의 동일한 부분 내에 2차원의 구조체가 존재하는 경우에도, 오버레이 및 다른 비대칭-관련 속성이 X 및 Y에서 독립적으로 측정될 수 있게 한다.

Description

구조체를 측정하는 방법, 검사 장치, 리소그래피 시스템 및 디바이스 제조 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016 년 12 월 15 일에 출원되고 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합되는 EP 출원 번호 제 16204457.2의 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에서 사용가능한 계측용 방법, 및 장치 및 리소그래피 기법을 사용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 불리는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나의 다이, 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사사전-감응재(레지스트) 층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는, 인접한 타겟부들(필드라고 알려져 있음)의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위하여 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 디바이스에 있는 두 개의 층들의 정렬 정확도인 오버레이를 측정하는 전문 툴과 같이, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있다. 최근, 다양한 형태의 산란계들이 리소그래피 분야에서 사용되도록 개발되어 왔다. 이러한 디바이스들은 방사선 빔을 타겟 위로 지향시키고, 산란 방사선의 하나 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수인 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수인 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 - 을 측정하여 회절 "스펙트럼"을 획득하고, 그로부터 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있다.
알려진 산란계의 예들은 US2006033921A1 호 및 US2010201963A1 호에 기술되는 타입의 각도-분해된 산란계를 포함한다. 이러한 산란계에 의하여 사용되는 타겟은, 예를 들어 40μm x 40μm인 상대적으로 큰 격자들이고, 측정 빔은 격자보다 더 작은 스폿을 생성한다(즉, 격자는 언더필된다). 복원에 의해 피쳐 형상을 측정하는 것과 함께, 공개 특허 출원 제 US2006066855A1에 기술된 것처럼, 이러한 장치를 사용하여 회절 기초 오버레이가 측정될 수 있다. 회절 차수들의 암-시야 이미징을 사용하는 회절-기초 오버레이를 통해, 더 소타겟에 대한 오버레이 및 다른 파라미터의 측정이 가능해진다. 이러한 타겟은 조명 스폿 보다 더 작을 수 있고, 기판 상의 제품 구조체에 의하여 둘러싸일 수도 있다. 환경 제품 구조체로부터의 세기는 이미지-평면 내에서의 암시야 검출을 사용한 오버레이 타겟으로부터의 세기로부터 효율적으로 분리될 수 있다.
암시야 이미징 계측의 예는 특허 출원 제 US20100328655A1 및 제 US2011069292A1에서 발견될 수 있는데, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 이러한 기술의 추가적인 개발예들은 특허 공개 번호 US20110027704A, US20110043791A, US2011102753A1, US20120044470A, US20120123581A, US20120242970A1, US20130258310A, US20130271740A 및 WO2013178422에 설명되었다. 통상적으로 이러한 방법에서는 타겟의 속성으로서 비대칭을 측정하는 것이 필요하다. 타겟은 비대칭의 측정이 오버레이, 초점 또는 선량과 같은 다양한 성능 파라미터의 측정을 얻기 위해 사용될 수 있도록 설계될 수 있다. 타겟의 비대칭은 산란계를 사용한 회절 스펙트럼의 반대 부분들 사이의 세기에서의 차이를 검출함으로써 측정된다. 예를 들어, +1 차 및 -1 차 회절 차수의 세기가 비대칭의 측정을 얻기 위해 비교될 수 있다.
이러한 공지된 기법에서, 타겟 내의 주기적 구조체(격자)로부터 +1 차 및 -1 차 회절 차수를 얻기 위해서 적절한 조명 모드 및 이미지 검출 모드가 사용된다. 이러한 반대 회절 차수의 세기를 비교하면 구조체의 비대칭의 측정치가 제공된다. 두 개 이상의 격자에 대해 측정된 비대칭을 알려진 바이어스 값과 비교하면, 구조체들이 형성되는 프로세스 중에 오버레이의 측정이 제공된다. 타겟을 적절히 설계함으로써, 오버레이 이외의 프로세스 성능 파라미터, 예를 들어 초점 및 선량도 동일한 기법에 의해서 측정될 수 있다.
설명된 타입의 계측 타겟 내에 있는 격자 구조체는 그들의 주된 주기성의 방향이 아닌 방향으로 세그먼트화될 수 있다. 이렇게 세그먼트화하는 이유는, 방금 논의된 방식으로 오버레이 이외의 속성을 측정할 수 있게 하는 비대칭-관련 영향을 유도하기 위한 것일 수 있다. 이렇게 세그먼트화하는 다른 이유는, 격자 구조체를 더 "제품과 유사하게(product-like)" 만들어서, 이들이 주된 관심 대상인 제품 구조체와 더욱 유사하게 패터닝 기능으로 인쇄되게 하는 것일 수 있다. 격자 구조체는 간단하게는 레이아웃에 있어서 완전히 2차원이어서, 예를 들어 콘택 홀 또는 필라의 어레이를 닮을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 오버레이, 초점 또는 패터닝 프로세스의 성능의 다른 파라미터는, 통상적으로 기판에 상대적으로 규정된 X 및 Y 방향인 두 개 이상의 방향으로 별개로 제어되고 측정되는 것이 일반적이다.
측정 시간을 줄이기 위하여, 암시야 계측을 위한 공지된 장치는 컴포넌트 격자로부터 X 및 Y 방향 양자 모두로 회절된 방사선을 동시에 검출하고, 이러한 상이한 회절 방향을 독립적으로 검출하도록 구성된다. 따라서, X 및 Y 배향에서의 별개의 검출 단계에 대한 필요성이 없어진다. 이러한 기법의 예는 전술된 종래의 특허 공개 문헌에서, 또한 예를 들어 공개 전인 특허 출원 EP16157503.0에 포함된다. 불행하게도, 계측 타겟 내의 격자 구조체가 완전히 2차원인 격자이거나 그들의 주된 주기성 방향에 수직인 일부 정도의 세그먼트화를 가지는 식으로 2차원적으로 구성되면, 구조체에 의한 직교 방향으로의 회절이 주된 방향으로의 회절과 혼합되게 되고, 개별 측정들인 잡음 또는 크로스-토크에 노출되게 된다. 결과적으로, 이러한 타겟에 대해서는 특정한 방법 또는 장치가 사용할 수 없게 될 수 있고, 또는 적어도 동작 모드가 변경되어야 한다. 이러한 문제에 설상가상으로, 일반적으로는 조사 대상인 계측 타겟이 설명된 타입의 2차원 속성을 가지는지 여부조차도 계측 장치의 운영자에게는 알려져 있지 않을 수 있다.
본 발명의 제 1 양태는 타겟 구조체가 속성상 2차원일 수 있는 경우에도, 이용가능한 기법을 사용해서 타겟의 비대칭을 두 방향으로 독립적으로 측정할 수 있는 것이다. 본 발명의 다른 양태는, 사전 정보에 의존하지 않고 계측 타겟 내의 2차원의 특성을 인식할 수 있는 것이다.
본 발명은 제 1 양태에서, 프로세스에 의해 형성된 타겟 구조체의 적어도 제 1 부분의 속성을 결정하는 방법으로서,
상기 방법은 상기 타겟 구조체 내의 주기적 피쳐에 의해 산란되는 방사선에 기초하고, 상기 방법은,
(a) 제 1 각도 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 검출 시스템을 사용하여 상기 타겟 구조체의 제 1 이미지를 형성하는 단계 - 상기 제 1 이미지는, 상기 타겟 구조체에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분 및 상기 타겟 구조체에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여 형성되고, 상기 제 1 방향과 제 2 방향은 상기 타겟 구조체에 상대적으로 규정되며, 서로 평행하지 않음 -;
(b) 제 2 각도 조명 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 검출 시스템을 사용하여 상기 타겟 구조체의 제 2 이미지를 형성하는 단계 - 제 1 및 제 2 각도 조명 프로파일은 상기 타겟 구조체에 대하여 서로 다르게 배향됨 -;
(c) 상기 타겟 구조체의 제 1 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선 및 상기 타겟 구조체의 동일한 제 1 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위하여, 상기 제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 세기 값을 조합하는 단계; 및
(d) 단계 (c)에서 이루어진 구별에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 구조체의 상기 제 1 부분의 속성을 결정하는 단계를 포함하는, 속성 결정 방법을 제공한다.
타겟의 일부가 2차원의 주기적 구조체를 가지면, 단계 (c)에서의 구별은 이러한 2차원의 구조체의 존재가 검출될 수 있게 한다. 대신에 또는 추가적으로, 단계 (c)에서의 구별은, 제 2 방향으로 회절된 방사선을 무시하면서 타겟 구조체의 각각의 부분의 제 1 방향으로의 비대칭을 계산하기 위하여 사용될 수 있다.
이러한 방법은 상기 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 복수 개의 주기적 구조체에 대해 상기 방법에 의해 결정된 비대칭에 기초하여 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 성능 파라미터는, 예를 들어 오버레이, 초점, 또는 선량일 수 있다.
본 발명은, 하나 이상의 기판 상에 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 타겟 구조체의 속성을 측정하는 검사 장치로서,
타겟 구조체를 제 1 각도 분포 및 제 2 각도 분포를 가지는 방사선으로 서로 상이한 시간에 조명하도록 동작가능한 조명 시스템;
상기 타겟 구조체에 의해 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여, 상기 타겟 구조체의 하나 이상의 이미지를 형성하도록 동작가능한 검출 시스템; 및
제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 조명 시스템 및 상기 검출 시스템을 제어하여,
(a) 제 1 각도 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 상기 타겟 구조체의 제 1 이미지를 형성하고 - 상기 제 1 이미지는, 상기 타겟 구조체에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분 및 상기 타겟 구조체에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여 형성되고, 상기 제 1 방향과 제 2 방향은 상기 타겟 구조체에 상대적으로 규정되며, 서로 평행하지 않음 -,
(b) 제 2 각도 조명 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 상기 타겟 구조체의 제 2 이미지를 형성하게 하며,
제 1 및 제 2 각도 조명 프로파일은 상기 타겟 구조체에 대하여 서로 다르게 배향되는, 검사 장치를 더 제공한다.
상기 검사 장치는, (c) 상기 타겟 구조체의 제 1 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선과 상기 타겟 구조체의 동일한 제 1 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위하여, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지로부터의 세기 값을 결합하고, (d) 단계 (c)에서 이루어진 구별에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 구조체의 상기 제 1 부분의 속성을 결정하도록 구성되는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 다른 양태에서, 앞서 진술된 본 발명에 따른 방법에서 사용되기 위한 다양한 타겟 구조체를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 타겟 구조체는, 제 1 방향 및 제 2 방향 양자 모두의 방향으로 각각 주기적인 적어도 세 개의 부분을 포함하고, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 평행하지 않으며, 상기 세 개의 부분 중 적어도 두 개의 부분은 상기 제 1 방향으로 서로 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 가지고, 상기 세 개의 부분 중 적어도 두 개의 부분은 상기 제 2 방향으로 서로 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 가진다.
본 발명의 방법이 상이한 방향으로의 비대칭을 구별하기 때문에, 바이어스된 격자의 개수가 종래의 방법에 비하여 감소될 수 있다.
본 발명은 다른 양태에서, 앞서 진술된 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법의 단계 (c) 및 (d)를 수행함으로써, 타겟 구조체의 적어도 제 1 및 제 2 이미지를 수신하고, 타겟 구조체의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 속성의 측정치를 유도하도록 구성되는, 처리 디바이스를 제공한다.
또한, 본 발명은, 프로그래밍가능 처리 디바이스가 앞서 진술된 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하게 하는 머신 판독가능 명령을 포함하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다. 머신 판독가능 명령은 예를 들어 비-일시적 스토리지 매체에 구현될 수 있다.
또한, 본 발명은 전술된 바와 같은, 본 발명에 따른 리소그래피 장치 및 검사 장치를 포함하는 리소그래피 시스템을 제공한다.
본 발명은, 디바이스 패턴이 리소그래피 프로세스를 사용하여 일련의 기판들에 적용되는 디바이스 제조 방법으로서, 앞서 진술된 본 발명에 따른 방법을 사용하여, 상기 기판들 중 적어도 하나 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로서 또는 디바이스 패턴 이외에 형성된 하나 이상의 구조체의 하나 이상의 속성을 측정하는 단계, 및 측정의 결과에 따라 추후의 기판들에 대하여 상기 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법을 더 제공한다.
본 발명의 다른 특징과 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.
이제, 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 오직 예시에 의하여 설명될 것이다:
도 1은 반도체 디바이스용 생산 설비를 제조하는 다른 장치와 함께 리소그래피 장치를 도시한다;
도 2는 (a) 본 발명의 일부 실시예에 따른 각도-분해 산란측정 및 암시야 이미징 검사 방법을 수행하도록 구성되는 검사 장치 및 (b)도 2의 (a)의 장치에서 타겟 격자에 의해 입사 방사선이 회절되는 것의 확대된 상세도를 개략적으로 도시한다;
도 3은 도 2의 검사 장치의 일 실시예의 동작에서 모두 일어나는, (a) 세그먼트화된 조명 프로파일, (b) 세그먼트화된 조명 프로파일 하에서 상이한 방향으로 회절 신호가 생기는 것 및 (c) 세그먼트화된 검출 시스템 내의 프리즘 디바이스의 레이아웃을 예시한다;
도 4는 (a) 각각의 컴포넌트 격자가 오직 하나의 방향으로만 주기적인 경우 및 (b) 각각의 컴포넌트 격자가 두 방향으로 주기적이거나 주기적일 수 있는 경우에 여러 컴포넌트 격자를 포함하는 합성 계측 타겟을 예시한다;
도 5는 회절 차수가 공간적으로 분리되는, 도 4의 장치에 의하여 캡쳐된 도 4의 타겟의 여러 이미지를 예시한다;
도 6은 도 3과 유사한 회절 신호의 생성을 예시하지만, 본 발명의 원리에 따라서 타겟의 동일한 부분에 의해서 상이한 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위한 제 2 조명 프로파일을 사용한다;
도 7은 도 6의 제 1 및 제 2 조명 프로파일을 사용하여 얻어진 암시야 이미지를 예시한다;
도 8은 도 6의 원리를 사용하여 타겟 구조체의 속성을 측정하는 방법 및 리소그래피 프로세스를 제어하는 방법의 흐름도이다; 그리고
도 9는 도 8의 방법에서 사용되도록 설계된, 몇 가지 변형된 타겟 레이아웃을 예시한다.
본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 대량의 리소그래피 제조 프로세스를 구현하는 산업 설비의 일부로서, 리소그래피 장치(LA)를 100에서 도시한다. 제공된 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(100)") 내에는 102에 측정 스테이션(MEA)이 도시되고, 104에 노광 스테이션(EXP)이 도시된다. 제어 유닛(LACU)은 106에 도시된다. 이러한 예에서, 각각의 기판은 패턴이 적용되게 하기 위해 측정 스테이션 및 노광 스테이션에 진입한다. 광학적 리소그래피 장치에서, 조절된 방사선 및 투영 시스템을 사용하여 패터닝 디바이스(MA)로부터 기판 상에 제품 패턴을 전사하기 위해서 예를 들어 투영 시스템이 사용된다. 이것은 패턴의 이미지를 방사선-감응 레지스트 재료의 층에 형성함으로써 이루어진다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 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 심자외선(DUV) 또는 극자외(EUV) 파대역에 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, 장치(LA)가 기판(W) 및 레티클(MA)을 수용하고 패터닝 동작을 구현하게 한다. 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 피쳐를 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 가지는 소위 이중 스테이지 타입일 수 있고, 각 테이블에는 제어 유닛(LACU)에 의해 제어되는 위치설정 시스템이 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 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블(WTa 및 WTb)과 그들 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 가지는, 소위 이중 스테이지 타입일 수 있다.
생산 설비 내에서, 장치(100)는, 이러한 장치(100)에 의한 패터닝을 위해서 감광성 레지스트 및 다른 코팅을 기판(W)에 적용시키기 위한 코팅 장치(108)를 역시 포함하는 "리소 셀" 또는 "리소 클러스터"의 일부를 형성한다. 장치(100)의 출력측에는, 노광된 패턴을 물리적 레지스트 패턴으로 현상하기 위해서 베이킹 장치(110) 및 현상 장치(112)가 제공된다. 이러한 장치들 모두 사이에서, 기판 핸들링 시스템은 기판을 지지하고 이들을 장치의 일부에서 다른 부분으로 전달하는 것을 담당한다. 통칭하여 "트랙"이라고도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다. 감독 제어 시스템(SCS)은 각각의 패터닝된 기판을 생성하기 위해 수행될 단계들의 정의를 상세히 제공하는 레시피 정보(R)를 수신한다.
리소셀 내에서 패턴이 적용되고 현상되면, 패터닝된 기판(120)은 122, 124, 126에 예시되는 것과 같은 다른 처리 장치로 전달된다. 통상적인 제조 설비 내에는 다양한 장치에 의해 광범위한 처리 단계들이 구현된다. 예시를 위하여, 이러한 실시예에서 장치(122)는 에칭 스테이션이고, 및 장치(124)는 에칭후 어닐링 단계를 수행한다. 추가적인 물리적 및/또는 화학적 처리 단계들이 다른 장치(126 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 요구될 수 있다. 실무상, 장치(126)는 하나 이상의 장치에서 수행되는 일련의 상이한 처리 단계를 나타낸다.
잘 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(130)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(126)를 떠나는 기판(132)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(126)는 타입이 완전히 다를 수도 있다. 더 나아가, 장치(126)에 의해 적용될 처리 단계들이 공칭적으로 동일한 경우에도, 큰 설비에서는 상이한 기판들에 단계 126을 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(122))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 오버레이와 같은 파라미터가 매우 중요한 일부 층들은 디바이스 제작 프로세스 중에 덜 중요한 다른 층들 보다 더 진보된 리소그래피 툴에서 처리될 수 있다. 그러므로 일부 층들이 침지 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, 노광된 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 에러, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 리소셀(LC)이 그 안에 위치되는 제조 설비는, 리소셀 내에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 수납하는 계측 시스템(MET)을 더 포함한다. 계측 결과는 감독 제어 시스템(SCS, 138)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 기판들은 스트리핑되고 재작업(rework) 되며 - 수율을 개선하기 위하여 - 또는 폐기되어, 이를 통하여 오류가 있는 것으로 알려진 기판에 다른 처리를 수행하는 것을 회피할 수도 있다. 기판의 일부 타겟 영역에만 오류가 있는 경우, 양호한 것으로 간주되는 타겟 영역에만 추가의 노광이 수행될 수 있다.
도 1에는 제조 프로세스의 원하는 스테이지에서 제품의 파라미터를 측정하기 위해 제공되는 계측 장치(140)도 역시 도시된다. 현대의 리소그래피 생산 설비 내에 있는 계측 장치의 공통적인 예는, 예를 들어 각도-분해 산란계 또는 분광식 산란계인데, 이것은 장치(122)에서의 에칭 이전에 120에서 현상된 기판의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다. 계측 장치(140)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(120)을 재처리할 기회가 있다. 역시 잘 알려진 바와 같이, 장치(140)로부터의 계측 결과(142)는, 시간에 따라 미세하게 조절하는 감독 제어 시스템(SCS) 및/또는 제어 유닛(LACU)(106)에 의해서, 패터닝 동작의 정확한 성능을 유지하여 제품이 사양에 벗어나게 제작되거나 재작업해야 하는 위험을 최소화시키기 위해 사용될 수 있다. 물론, 계측 장치(140) 및/또는 다른 계측 장치(미도시)는 처리된 기판(132, 134), 및 인입하는 기판(130)의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다.
예시적인 검사 장치
도 2의 (a)는 소위 암시야 이미징 계측을 구현하는 검사 장치의 주요 요소들을 개략적으로 도시한다. 이러한 장치는 독립형 디바이스이거나 리소그래피 장치(LA), 예를 들어 측정 스테이션, 또는 리소그래피 셀(LC) 중 하나에 통합될 수 있다. 장치에 걸쳐서 여러 브랜치를 가지는 광축이 점선 O로 표현된다. 타겟 격자 구조체(T) 및 회절된 광선들이 도 2의 (b)에 좀 더 상세히 표시된다.
도입부에 인용된 종래의 출원들에서 기술되어 있는 바와 같이, 도 2의 (a)의 암시야-이미징 장치는 분광 산란계 대신에 또는 추가하여 사용될 수 있는 다목적 각도-분해(angle-resolved) 산란계의 일부일 수 있다. 이러한 타입의 검사 장치에서, 방사선 소스(11)에 의해 방출된 방사선은 조명 시스템(12)에 의해 조절된다. 예를 들어, 조명 시스템(12)은 시준 렌즈 시스템(12a), 컬러 필터(12b), 편광자(12c) 및 애퍼쳐 디바이스(13)를 포함할 수 있다. 조절된 방사선은 조명 경로(IP)를 따라가는데, 여기에서 부분 반사면(15)에 의해 반사되고 대물 렌즈(16)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S)에 포커싱된다. 계측 타겟(T)은 기판(W) 상에 형성될 수 있다. 대물 렌즈(16)는 형상이 현미경 대물 렌즈와 유사할 수 있지만, 바람직하게는 적어도 0.9 및 더 바람직하게는 적어도 0.95인 높은 개구수(NA)를 가진다. 원할 경우 1 이 넘는 개구수를 얻기 위해서 침지 유체가 사용될 수 있다.
이러한 예에서 대물 렌즈(16)는 타겟에 의해 산란된 방사선을 집광하는 역할도 한다. 개략적으로, 이러한 복귀 방사선에 대해서 집광 경로 CP가 도시된다. 다목적 산란계는 집광 경로에 두 개 이상의 측정 브랜치를 가질 수 있다. 퓨필 이미징 브랜치로서 도시된 예는 퓨필 이미징 광학 시스템(18) 및 퓨필 이미지 센서(19)를 포함한다. 이미징 브랜치도 도시되는데, 이것은 아래에서 상세히 설명될 것이다. 또한, 추가적인 광학 시스템 및 브랜치가, 예를 들어 세기 정규화, 캡쳐 타겟의 거친 이미징, 포커싱 및 기타 등등을 위한 레퍼런스 방사선을 집광하도록, 실제 장치 내에 포함될 것이다. 이들의 세부사항은 전술된 이전의 공개 문헌에서 발견될 수 있다.
계측 타겟(T)이 기판(W) 상에 제공되는 경우, 타겟은 1-D 격자일 수도 있으며, 이 1-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 솔리드 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 프린트된다. 타겟은 2-D 격자일 수도 있으며, 이 2-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 솔리드 레지스트 필러(solid resist pillar) 또는 레지스트 내의 비아(via)로 형성되도록 프린트된다. 바, 필러 또는 비아는 이와 달리 기판 내로 에칭될 수도 있다. 이러한 격자 각각은 그 특성을 검사 장치를 사용하여 조사할 수 있는 타겟 구조체의 일 예이다. 격자의 경우, 구조체는 주기적이다. 오버레이 계측 타겟의 경우, 격자는 이전의 패터닝 단계에 의해 형성되었던 다른 격자 위에 인쇄되거나 다른 격자와 인터리빙된다.
조명 시스템(12)의 다양한 컴포넌트들은 동일한 장치 내에서 상이한 계측 '레시피'를 구현하도록 조절가능할 수 있다. 조명 방사선의 특징인 파장(컬러) 및 편광을 선택하는 것에 추가하여, 조명 시스템(12)은 상이한 조명 프로파일들을 구현하도록 조절될 수 있다. 애퍼쳐 디바이스(13)의 평면은 대물 렌즈(16)의 퓨필 평면 및 퓨필 이미지 검출기(19)의 평면과 공액이다. 그러므로, 애퍼쳐 디바이스(13)에 의해 규정된 조명 프로파일은 스폿(S)에서 기판(W)에 입사하는 광의 각도 분포를 규정한다. 상이한 조명 프로파일을 구현하기 위하여, 애퍼쳐 디바이스(13)가 조명 경로에 제공될 수 있다. 애퍼쳐 디바이스는 가동 슬라이드 또는 휠 상에 탑재된 그 외의 애퍼쳐(13a, 13b, 13c 등)를 포함할 수 있다. 또는, 이것은 고정형 또는 프로그래밍가능 공간 광 변조기(SLM)를 포함할 수 있다. 추가적인 대안으로서, 광섬유가 조명 퓨필 평면의 상이한 위치에 배치되고, 그들의 개별 위치에 광을 전달하거나 전달하지 않도록 선택적으로 사용될 수 있다. 이러한 변형예는 모두 전술된 문서에서 논의되고 예시된다. 애퍼쳐 디바이스는 투과성이 아니라 반사성 형태일 수도 있다. 예를 들어, 반사성 SLM이 사용될 수 있다. 사실상, UV 또는 EUV 파대역에서 동작하는 검사 장치에서, 광학 요소들 중 거의 모두 또는 전부는 반사성일 수 있다.
조명 모드에 따라서, 입사각이 도 2의 (b)에 'I'로 표시된 것처럼 되도록 예시적인 광선(30a)이 제공될 수 있다. 타겟(T)에 의해 반사된 0차 광선의 경로는 '0'으로 명명된다(광축 'O'와 혼동되지 않도록). 유사하게, 동일한 조명 모드 또는 제 2 조명 모드에서, 광선(30b)이 제공될 수 있고, 이러한 경우에 제 1 모드와 비교할 때 입사 및 반사각은 스왑될 것이다. 도 2의 (a)에서, 제 1 및 제 2 예시적인 조명 모드의 0차 광선들이 각각 0a 및 0b로 명명된다.
도 2의 (b)에 상세히 도시된 바와 같이, 타겟 구조체의 일 예로서의 격자 타겟(T)은 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 직교하는 상태로 기판(W)에 배치된다. 오프-축 조명 프로파일의 경우, 축(O)에서 벗어난 각도로부터 격자(T)에 충돌하는 조명(I)의 광선(30aI)은 0차 광선(실선 0) 및 두 개의 1차 광선(일점쇄선 +1 및 이점쇄선 -1)이 발생되게 한다. 오버필된 소타겟 격자의 경우에, 이러한 광선들은 계측 타겟 격자(T) 및 다른 피쳐를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 많은 평행 광선들 중 단지 하나일 분이라는 것을 기억해야 한다. 조명 광선(30a)의 빔이 유한한 폭(광의 유용한 양을 허락하기에 필요한 폭)을 가지기 때문에, 입사 광선(I)은 사실상 각도의 일정한 범위를 차지할 것이고, 회절된 광선 0 및 +1/-1은 어느 정도 확산될 것이다. 소타겟의 점확산 함수에 따라서, 각각의 차수 +1 및 -1의 회절 방사선은 도시된 바와 같은 단일한 이상적인 광선이 아니라 각도의 일정 범위에 걸쳐 더 넓게 확산될 것이다.
암시야 이미징을 위한 집광 경로의 브랜치에서, 이미징 광학 시스템(20)은 기판(W) 상의 타겟의 이미지(T')를 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 형성한다. 구경 조리개(21)가, 대물 렌즈(16)의 퓨필 평면에 공액인 집광 경로(CP)의 이미징 브랜치에 있는 평면에 제공된다. 구경 조리개(21)는 퓨필 스톱이라고도 불릴 수 있다. 구경 조리개가 다른 형태를 가질 수 있는 것처럼, 구경 조리개(21)도 다른 형태를 가질 수 있다. 렌즈(16)의 유효 애퍼쳐와 함께, 구경 조리개(21)는 산란 방사선의 어느 부분이 센서(23) 상에 이미지를 형성하기 위해 사용되는지를 결정한다. 통상적으로, 구경 조리개(21)는 0차 회절빔을 차단하여 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지가 일차 빔에 의해서만 형성되게 하는 기능을 한다. 양자 모두의 1차 빔이 결합되어 이미지를 형성하는 예에서, 이것은 암시야 현미경 검사와 균등한 소위 암시야 이미지일 것이다.
센서(23)에 의하여 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되고, 이들의 기능은 수행되는 특정 타입의 측정에 따라서 달라질 것이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 타겟 구조체의 비대칭의 측정이 수행된다. 비대칭 측정은 타겟 구조체에 대한 지식과 결합되어 이들을 형성하기 위해 사용되는 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터의 측정치를 획득할 수 있다. 이러한 방식으로 측정될 수 있는 성능 파라미터는, 예를 들어 오버레이, 초점 및 선량을 포함한다. 상이한 성능 파라미터가 동일한 기본적인 비대칭 측정 방법을 통해서 이렇게 측정되게 하도록, 타겟의 특수한 설계가 제공된다.
또한, 프로세서 및 제어기(PU)는, 조명 특성(편광, 파장)을 제어하기 위한, 그리고 애퍼쳐 디바이스(13) 또는 프로그래밍가능 공간 광 변조기를 사용하여 애퍼쳐를 선택하기 위한, λ 및 AP와 같은 제어 신호를 생성한다. 구경 조리개(21)도 동일한 방식으로 제어될 수 있다. 조명 및 검출의 이러한 파라미터들의 각각의 조합이, 이루어질 측정을 위한 "레시피"로 간주된다.
도 2의 (b) 및 조명 광선(30a)을 다시 참조하면, 타겟 격자로부터의 +1차 회절 광선은 대물 렌즈(16)에 진입하고, 센서(23)에 기록되는 이미지에 기여할 것이다. 광선(30b)은 광선(30a)에 반대인 각도로 입사하고, 따라서 -1차 회절 광선이 대물 렌즈에 진입하고 이미지에 기여한다. 오프-축 조명을 사용하는 경우 구경 조리개(21)가 0차 방사선을 차단한다. 종래의 문헌들에서 설명된 바와 같이, 조명 모드는 X 및 Y 방향으로 오프-축 조명으로 규정될 수 있다.
도 2의 (a)의 애퍼쳐 디바이스(13) 내의 애퍼쳐(13c, 13e 및 13f)는 X 및 Y 방향 양자 모두에서의 오프-축 조명을 포함하고, 본 발명의 특별한 관심 대상이다. 애퍼쳐(13c)는, 세그먼트화된 조명 프로파일이라고 불릴 수 있고, 예를 들어 이하 설명되는, 예를 들어 세그먼트화된 프리즘(22)에 대해 규정된 세그먼트화된 애퍼쳐와 조합되어 사용될 수 있는 것을 생성한다. 예를 들어, 애퍼쳐(13e 및 13f)는 온-축 구경 조리개(21)와 조합되어, 앞서 언급된 종래의 일부 공개 특허에서 기술된 방식으로 사용될 수 있다.
이러한 상이한 조명 모드들의 타겟 격자의 이미지들을 비교함으로써, 비대칭 측정치가 획득될 수 있다. 또는, 비대칭 측정치는 동일한 조명 모드를 유지하지만 타겟을 회전시킴으로써 얻어질 수 있다. 오프-축 조명이 도시되지만, 그 대신에 타겟의 온-축 조명이 사용될 수 있고, 회절된 광의 오직 하나의 1차 광만을 센서로 실질적으로 전달하도록 변경된 오프-축 애퍼쳐(21)가 사용될 수 있다. 추가적인 예에서, 세그먼트화된 프리즘(22)이 온-축 조명 모드와 함께 사용된다. 세그먼트화된 프리즘(22)은 개별 오프-축 프리즘들의 조합으로 간주될 수 있고, 소망되는 경우에는 함께 탑재된 프리즘들의 세트로서 구현될 수 있다. 이러한 프리즘은 각각의 사분면 내의 광선이 소정 각도를 통해 다소 편향되는 세그먼트화된 애퍼쳐를 규정한다. 퓨필 평면 내의 이러한 편향은 이미지 평면 내에서의 각각의 방향의 +1 차 및 -1 차를 공간적으로 분리하는 효과를 가진다. 다르게 말하면, 각각의 회절 차수와 방향의 방사선은 이미지를 센서(23) 상의 상이한 위치로 형성시켜서, 두 개의 순차적인 이미지 캡쳐 단계들에 대한 필요성이 없이 이들이 검출되고 비교될 수 있게 한다. 그 결과, 별개의 이미지들이 이미지 센서(23) 상의 분리된 위치에 형성된다. 예를 들어 도 2의 (a)에서, 조명 광선(30a)으로부터의 +1차 회절을 사용하여 만들어진 이미지 T'(+1a)는 조명 광선(30b)으로부터의 -1차 회절을 사용하여 만들어진 이미지 T'(-1b)로부터 공간적으로 분리된다. 이러한 기법은 공개된 특허 출원 제 US20110102753A1에서 개시되는데, 이러한 문서의 내용은 그 전체가 원용되어 본원에 통합된다. 2차, 3차 및 더 고차인 빔(도 2에는 미도시)이 1차 빔 대신에 또는 이에 추가하여 측정에 사용될 수 있다. 추가적인 변형예로서, 오프-축 조명 모드는 일정하게 유지되는 반면에, 타겟 자체가 대물 렌즈(16) 아래에서 180 도 회전되어 반대 회절 차수들을 사용하여 이미지를 캡쳐한다.
이러한 기법들 중 어느 기법이 사용되던, 본 발명은 두 방향, 예를 들어 X 및 Y로 불리는 직교 방향으로 회절된 방사선이 동시에 캡쳐되는 방법에 적용된다.
종래의 렌즈-기초 이미징 시스템이 예시되지만, 본 명세서에 개시된 기법은 플렌옵틱 카메라, 및 소위 "무렌즈" 또는 "디지털" 이미징 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 그러므로, 회절된 방사선을 위한 처리 시스템 중 어느 부분이 광학 도메인에서 구현되고 어떤 것이 전자 및 소프트웨어 도메인에서 구현되는지에 대한 폭넓은 설계 선택이 가능하다.
이미지-기초 비대칭 측정
도 3의 (a)를 참조하고, 애퍼쳐 디바이스(13)의 근방에 있는 조명 시스템의 퓨필 평면(P(IP))을 보면, 애퍼쳐(13c)는 902에 예시된 조명의 특정한 공간적 프로파일을 규정하도록 선택되었다. 조명 시스템의 이러한 요구되는 공간적 프로파일에서는, a 및 b로 명명된 두 개의 정반대의 사분면은 밝은 반면에, 다른 두 개의 사분면은 어둡다(불투명함). 타겟(T) 상에 스폿(S)을 형성하도록 포커싱되면, 이러한 공간적 조명 프로파일은, 광선이 이러한 두 개의 사분면 내의 각도로부터만 나오는 조명의 대응하는 각도 분포를 규정한다. 애퍼쳐의 이러한 세그먼트된 타입이 공개 특허 출원 제 US 2010/201963에 기재된 산란 장치에서 공지된다. 이러한 변경된 조명 애퍼쳐의 이점들이 상세히 후술될 것이다.
조명 프로파일(902)의 명 세그먼트로부터 나온 광선이 타겟 구조체 내의 주기적 피쳐에 의해 회절되면, 이들은 퓨필 평면 내의 천이에 대응하는 각도일 것이다. 도 3의 (a)에 있는 화살표 'x'는 구조체 주기적에 의해 X 방향으로 야기된 회절 방향을 표시하는 반면, 화살표 'y'는 Y 방향으로 주기적인 구조체에 의해 야기된 조명의 회절 방향을 표시한다. 화살표 '0'는 직접 반사, 다르게 말하면 0차 회절을 나타낸다. 이러한 세그먼트화된 타입의 애퍼쳐의 특징은, 기대된 회절 방향(이러한 예에서는 X 및 Y)에 의해 규정되는 대칭선에 대해서, 조명 프로파일의 조명된 영역이 대칭적으로 반대인 암영역이 된다는 것이다. 그러므로, 양자 모두의 방향으로 동시에 지향되는 방사선을 집광하면서, 더 높은 차수의 회절된 방사선을 구별할 수 있는 가능성이 존재한다.
도 3의 (b)는 검사 장치의 수집 경로에 있는 공액 퓨필 평면(P(CP)) 내의 조명의 분포를 예시한다. 우선, 타겟(T)이 제 1 방향으로서 X 방향으로 주기성을 가지는 1차원의 회절 격자라고 가정한다. 조명의 공간적 프로파일(902)이 a 및 b로 명명된 밝은 사분면을 가지는 반면, 타겟 격자의 라인에 의한 회절로부터 초래되는 회절 패턴은 도 3의 (b)에서 904의 패턴으로 표현된다. 이러한 패턴에서, a0 및 b0라고 명명되는 0차 반사에 추가하여, a+x, b-x라고 명명되는 가시적인 1차 회절 신호가 존재한다. 조명 애퍼쳐의 다른 사분면들이 어둡기 때문에, 그리고 좀 더 일반적으로는 조명 패턴이 180° 회전 대칭성을 가지기 때문에, 회절 차수 a+x 및 b-x는 "자유롭고(free)", 이것은 이들이 조명 애퍼쳐의 다른 부분으로부터 오는 0차 또는 더 높은 차수 신호와 중첩하지 않는다는 것을 의미한다. 세그먼트화된 조명 패턴의 이러한 속성이, 종래의 원형-대칭적 조명 개구부가 사용된다면 이미징될 수 있는 최소 피치의 절반인 피치를 가지는 회절 격자(정렬 마크)로부터 깨끗한 1차 신호를 획득하기 위하여 활용될 수 있다.
이제, 타겟이 제 2 방향, 예를 들어 제 1 방향에 직교하는 Y 방향으로 주기적 피쳐를 가진다고 가정한다. 제 2 방향으로의 이러한 피쳐는 공칭적으로 1차원의 격자 내의 세그먼트화에 의해서 생길 수 있고, 이들은, 스폿(S)의 구역 내에 그리고 검사 장치의 가시 범위 내에 존재할 수 있는, Y 배향의 다른 1차원의 격자로부터도 생길 수 있다. 이들은 또한 위의 것들의 조합으로부터도 생길 수 있다. Y 방향으로 주기적인 피쳐가 X 방향으로 주기적인 피쳐와 동일한 주기를 가지고, 따라서 동일한 회절 각도를 가진다고 더욱 가정한다. 그 결과가 수집 경로의 퓨필(904)에서 볼 수 있는 회절 신호 a+y 및 b-y이다. 이러한 신호는 Y 방향으로의 1차 회절 신호를 포함한다. 주어진 도면에서 간략하게 예시하기 위하여, Y 방향 및 X 방향으로의 회절 신호는 서로 자유로운 것으로 도시된다. 실제로, X 회절 신호 및 Y 회절 신호는 퓨필(904)에서 중첩할 수 있다. 당업자는, 이것이 X 및 Y에서의 타겟의 피치 및 선택된 파장에 의존한다는 것을 이해할 것이다.
0차 신호 a0 및 b0도 도시된 바와 같이 수집 시스템의 퓨필 내에 존재한다. 이러한 0차 신호가 소망되는지 여부에 따라서, 이들은 형태가 애퍼쳐(13d)와 유사한 세그먼트화된 구경 조리개(21)에 의해 차단될 수 있다. 비대칭-기초 측정을 위하여, 관심 대상은 일반적으로 더 높은 차수의 신호, 예를 들어 +1 및 -1 차 신호이다.
도시된 바와 같이, Y 방향 회절 신호는 수집 경로의 퓨필 내에서 X 방향 회절 신호와 중첩하지 않지만, 다른 상황에서는 격자의 피치 및 조명의 파장에 따라서는 이들이 중첩할 수도 있다. 세그먼트화된 격자의 경우, 하나 또는 양자 모두 방향으로의 세그먼트화는 격자의 반대 방향으로의 피치보다 훨씬 가늘 수 있다. 매우 미세한 세그먼트화가 존재하는 경우, 더 높은 차수의 회절 신호는 수집 경로의 애퍼쳐 바깥에 속할 수 있지만, 0차 방사선의 산란은 상단 좌측 및 하단 우측에 있는 사분면으로 흘러갈 수 있다. 일부 종류의 2차원의 피쳐가 존재하는 어떠한 경우에서도, 두 방향으로부터의 회절 신호는 수집 경로에 있는 퓨필의 동일한 사분면 내에서 혼합된다.
도 3의 (c)는 도 2의 검사 장치의 이미징 브랜치에 있는 세그먼트화된 프리즘(22)의 레이아웃을 개략적으로 도시한다. 원형 퓨필(P(CP))은 점선 원으로 표현된다. 퓨필의 각각의 사분면 내에 상이한 각도의 프리즘이 제공되고, 이것이 방사선을 일정 각도만큼 편향시킨다. 퓨필 평면 내에서의 이러한 각도 편향이, 이미 도 2의 (a)를 참조하여 예시된 바와 같이 검출기(23)의 평면 내의 이미지들의 공간적 분리로 변환된다. 이러한 타입의 구성의 장치의 동작, 및 일부 실무상의 이점 및 어려운 점이 이해 상세히 후술될 것이다. 그러나, 본 개시물의 원리는 다른 구성에도 적용가능하다.
도 4는 알려진 실무에 따라서 기판(W)에 형성된 복합 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 서로 근접하게 위치되어, 계측 장치의 조명 빔에 의하여 형성된 측정 스폿(S) 내에 모두 존재하게 되는 4 개의 격자(32 내지 35)를 포함한다. 원(31)은 기판(W) 상의 스폿(S)의 범위를 나타낸다. 따라서 4 개의 타겟은 모든 동시에 조명되고 센서(23) 상에 동시에 이미징된다. 오버레이 측정에만 관련되는 예에서, 격자(32 내지 35)는 기판(W)에 형성된 반도체 디바이스의 다른 층들에 패터닝되는 위에 놓인 격자들에 의하여 형성되는 복합 격자들이다. 격자(32 내지 35)는 상이하게 바이어스될 수 있는데, 이것은 이들이 패터닝 프로세스에 의해 도입된 임의의 미지의 오버레이 오차에 추가하여 오버레이 오프셋을 가지고 설계되었다는 것을 의미한다. 바이어스에 대한 지식은, 그 안에 오버레이 격자의 상이한 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이화한다. 또한 격자(32 내지 35)는 인입하는 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절하기 위하여 도시된 바와 같이 배향이 있어서 다를 수 있다.
일 예에서, 격자(32 및 34)는 +d, -d, 각각의 바이어스를 가지는 X-방향 격자들이다. 이것은 격자(32)가, 그들 모두가 공칭 위치에 정확하게 인쇄된다면 이러한 컴포넌트 중 하나가 다른 것에 대해서 거리 d 만큼 오프셋되도록 자신의 오버라이(overlying) 컴포넌트들을 가진다는 것을 의미한다. 격자(34)는 완벽하게 인쇄된다면 d의 오프셋이지만 제 1 격자에 대해 반대 방향인 자신의 컴포넌트를 가지며, 이러한 방식으로 각자의 컴포넌트를 가진다. 격자(33 및 35)는 각각 오프셋 +d 및 -d인 Y-방향 격자이다. 이러한 격자들의 개별 이미지는 센서(23)에 의하여 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다. 4 개의 격자가 예시되는 반면에, 다른 실시예는 원하는 정확도를 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 요구할 수도 있다.
도 5는 도 2 및 도 3의 장치 내에 도 4의 타겟을 사용하고, 세그먼트화된 조명 프로파일을 사용하며, 세그먼트화된 프리즘(22)을 사용하여 센서(23)에 형성되고 센서에 의하여 검출될 수 있는 이미지의 일 예를 도시한다. 이러한 구성은 X 및 Y 배향 양자 모두에서 오프-축 조명을 동시에 제공하고, 도 3의 (b)의 퓨필(904)의 상부 좌측 및 하부 우측에 있는 사분면으로부터 X 및 Y에서의 회절 차수를 동시에 검출할 수 있게 한다.
암 사각형(40)은 센서 상의 이미지의 필드 이고, 그 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)이 대응하는 네 개의 원형 영역으로 이미징되는데, 이들 각각은 수집 경로(CP) 내의 퓨필(904)의 하나의 사분면으로부터 오는 방사선만을 사용한다. 타겟의 네 개의 이미지는 502 내지 508로 명명된다. 이미지(502) 내에서, 퓨필(904)의 상부 좌측 사분면의 방사선을 사용하는 조명된 스폿(31)의 이미지가 41로 명명된다. 그 안에서, 사각형 영역(42 내지 45)은 소타겟 격자(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 만일 격자들이 제품 영역에 위치된다면, 제품 피쳐도 역시 이러한 이미지 필드의 주위에서 보여질 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 패턴 인식을 사용하여 이러한 이미지를 처리하여 격자(32 내지 35)의 별개의 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이러한 방식으로, 이미지는 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이것이 측정 장치 전체의 쓰루풋을 크게 개선시킨다.
언급된 바와 같이 및 도시된 바와 같이, 수집 경로의 퓨필(904) 내에서의 신호에 대한 세그먼트화된 프리즘(22)의 동작 때문에, 그리고 세그먼트화된 조명 프로파일(902) 및 타겟(T)의 X 및 Y 방향에 대한 그 배향 때문에, 네 개의 이미지(502-508) 각각은 각각의 타겟의 회절 스펙트럼들의 특정 부분만을 사용한다. 따라서, 하부 좌측 및 상부 우측에서의 이미지(504 및 508) 각각은 0차 방사선 a0 및 b0로 각각 형성된다. 이미지(502)는 더 높은 차수의 회절 방사선, 특히 밝은 사분면 b로부터 음의 X 방향으로 회절된 방사선 및 밝은 사분면으로부터 양의 Y 방향으로 회절된 방사선(회절 신호 a+y 및 b-x)으로 이루어진다. 반대로, 이미지(506)는 더 높은 차수의 회절 방사선, 특히 밝은 사분면 b로부터 양의 X 방향으로 회절된 방사선 및 밝은 사분면 a로부터 음의 Y 방향으로 회절된 방사선(회절 신호 a-y 및 b+x)으로 이루어진다.
1차원의 격자만을 포함하는 타겟으로부터는, X 방향으로 회절된 신호와 Y 방향으로 회절된 신호 사이에 크로스-토크가 존재하지 않는다. 이것은 각각의 컴포넌트 격자(31-35)가 방사선을 두 방향 중 하나로만 회절시키고, 각각의 격자의 이미지가 광학 시스템의 이미징 동작에 의해서 이미지(502-508) 내에서 공간적으로 분리되기 때문이다. 격자들의 개별 이미지가 식별되면, 예를 들어 식별된 영역(ROI) 내의 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 그러한 개별 이미지의 세기가 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 특성은 서로 비교되어 4 개 이상의 격자들에 대한 비대칭의 측정치를 동시에 얻을 수 있다. 이러한 결과는 타겟 구조체 및 바이어스 방식에 대한 지식과 결합되어, 리소그래피 프로세스의 상이한 파라미터를 측정할 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예이고, 두 개의 리소그래피 층의 측방향 정렬의 측정치이다. 좀 더 구체적으로는, 오버레이는, 예를 들어, 바닥 격자의 상단의 중심과 대응하는 상단-격자의 하단의 중심 사이의 측방향 위치차로서 정의될 수 있다. 리소그래피 프로세스의 다른 파라미터의 측정치를 얻기 위해서, 그 외의 타겟 디자인이 사용될 수 있다. 다시 말하건대, 타겟 디자인과 바이어스 방식에 대한 지식이 비대칭 측정치와 결합되어, 원하는 성능 파라미터의 측정치를 얻을 수 있다. 예를 들어 이러한 방식으로 얻어진 비대칭 측정치로부터 선량 또는 초점의 측정치를 얻기 위한 타겟 디자인들이 공지되어 있다.
2차원의 타겟의 문제점
이제 도 4의 (b)를 참조하면, 위에서 언급된 바와 같이, 일부 타겟은 방사선을 이미지의 동일한 부분 내에서 두 방향으로 산란 또는 회절시킬 것이다. 도 4의 (b)의 타겟은 네 개의 컴포넌트 격자(432-435) 각각 내에 2차원의 구조체를 가진다. 2 차원의 구조체는 하나 이상의 층에서 1차원의 격자 내의 세그먼트화로부터 생길 수 있다. 2차원의 구조체는, 예를 들어 콘택 홀 또는 비아의 어레이를 나타내는 격자로부터 생길 수 있다.
그러므로, 각각의 격자 이미지(42-45) 내에서 회절이 양자 모두의 방향 X 및 Y로 발생될 것이지만, 그럼에도 불구하고 계측 타겟의 목적은 오버레이와 같은 파라미터를 X 및 Y 방향 각각으로 별개로 측정하는 것이다. 이미지의 동일한 부분 내에서, 다른 방향으로부터의 회절의 기여분은 소망된 회절 신호 내의 "오염" 또는 잡음 나타낸다. 오버레이 측정에서, X 방향으로의 비대칭(+1차 및 -1차 회절 사이의 차이)으로부터 X-Overlay가 유도된다. Y 방향으로의 회절로부터 추가된 방사선은 신호 대 잡음비가 열화되게 한다. 양자 모두의 층에 세그먼트화가 존재하면(또는 비대칭 형상을 가지면), 추가된 회절은 광을 추가하는 것뿐만 아니라 비대칭도 추가할 것이다. 그러면, 신호 대 잡음비가 열화되는 것에 추가하여 측정 오차가 생길 것이다.
2차원의 오버레이 격자의 경우, 바이어스 값은 X 및/또는 Y 방향으로 별개로 설정될 수 있다.
상이한 방향으로의 회절의 비대칭의 구별
이제 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 앞서 식별된 문제점들을 해결한다. 이러한 원리에 기초한 실시예는 다음 이점 중 하나 또는 양자 모두를 가져올 수 있다:
1) 제 2 방향으로부터의 추가된 회절에 기인한 측정 오차를 방지함
2) 필요한 경우 추가적인 측정이 이뤄질 수 있도록, 추가 Y-신호가 존재하는지 검출하는 수단을 제공함.
제 2 이점에 대해서, 타겟이 두 방향 또는 한 방향으로 구조체를 가지는지 여부가 선험적으로 알려지지 않을 수도 있다는 점이 앞서 주목되었다.
발명자들은, 제 1 방향(예를 들어 X 방향)에서의 회절에 의해 생성된 비대칭이, 타겟 구조체에 대한 조명의 두 개의 상이한 각도 분포를 사용하여 이루어진 측정들을 조합함으로써 제 2 방향(예를 들어 Y 방향)에서의 회절과 분리될 수 있다는 것을 인식했다. 특정 실시예에서는, 동일한 조명 프로파일의 두 개의 배향을 사용하는 것이 편리한데, 이것이 도 6에 예시된 방법이다. 도 6의 좌측의 부분 (a), (c), (e)는 도 3에 도시되는 구성을 예시하는 반면에, 우측 부분 (b), (d), (f)는 유사한 측정을 구현하지만 제 2 각도 조명 프로파일을 사용하는 제 2 구성을 예시한다. 이러한 두 각도 조명 프로파일을 조합하여 사용하면, 상이한 방향으로의 회절에 의해 야기된 신호들이 구별될 수 있다. 도 6의 예에서, 이러한 상이한 각도 조명 프로파일들은, 검사 장치의 광학 시스템에 대한 기판의 상이한 회전 위치에 의해 구현된다.
도 6의 (a)는 기판(W) 및 타겟(T)의 제 1 배향(0도, 접미사 '0')을 보여주는 반면에, (b)는 기판(W) 및 타겟(T)의 제 2 배향(90 도, 접미사 'R')을 보여준다. 도 6의 (c) 및 (d)는 결과적으로 얻어지는 조명 프로파일(902(0) 및 902(R))이 광학 시스템에 대해 같지만, 타겟 구조체에 의해 규정된 방향 X 및 Y에 대해서 어떻게 회전되는 지를 보여준다. 도 6의 (e) 및 (f)는 따라서 어떻게 퓨필(904(0) 및 904(R))의 각각의 사분면 내의 방사선의 분포가 유사하지만, 상이한 회절 차수를 포함하는지를 보여준다. 이러한 두 개의 각도 조명 프로파일을 사용하여 검출된 이미지로부터, 상이한 방향으로의 회절에 의해 초래되는 신호가 구별될 수 있다.
도 7은 도 6에 예시된 두 이미지 캡쳐 단계에 의해 획득되는 이미지(740(0) 및 740(R))를 보여준다. 이미지(740(0))는 도 5에 도시되는 것과 동일하고, 타겟의 네 개의 공간적으로 분리된 이미지(702(0)-708(0))를 가진다. 이미 도 5에서 설명된 바와 같이, 이미지(702(0))는 타겟에 의해 음의 X 방향 및 양의 Y 방향(-x/+y로 명명됨)으로 회절된 방사선으로 형성된다. 이미지(706(0))는 양의 X 방향 및 음의 Y 방향(+x/-y)으로 회절된 방사선으로 형성된다. 이러한 이미지(702(0)-708(0))는 도 5에 도시되는 이미지(502-508)와 같을 것이다(동일한 타겟 및 측정 조건에 대하여). 반면에, 이미지(740(R))를 캡쳐할 때의 타겟(T)의 상이한 배향 때문에, 이미지(740(R)) 내의 이미지(702(R)-708(R))는 회절 차수의 상이한 조합을 가질 것이다. 앞서 채택한 축과 명명법과 함께, 이미지(702(R))는 타겟에 의해 음의 X 방향으로 및 음의 Y 방향(-x/-y로 명명됨)으로 회절된 방사선으로 형성될 것이다. 이미지(706(R))는 양의 X 방향 및 양의 Y 방향(+x/+y)으로 회절된 방사선으로 형성될 것이다.
이러한 이미지가 동일한 조명 프로파일 하에서 타겟 구조체를 회전시킴으로써 획득되는 경우, 타겟 구조체의 상이한 부분의 배치는 이미지(702(0)-708(0))의 배치와 비교하여 이미지 내에서 회전될 것이다(702(R)-708(R)). 이러한 회전은 픽셀 및 ROI를 선택하여 그들의 세기를 결합할 때에 고려될 수 있다. 이러한 내용을 보여주기 위하여, 각각의 이미지 내의 도트는 제 1 컴포넌트 격자(32)에 대응하는 부분을 표시한다.
이제, 이미지 내의 개별적인 격자 구역의 세기가 종래에 바이어스된 격자들의 쌍으로부터 오버레이(OV)를 계산하기 위하여 어떻게 사용되는지를 고려하면, 다음 공식을 사용한다:
Figure pct00001
여기에서 A+d는 바이어스 +d를 가진 컴포넌트 격자의 반대 회절 차수 이미지들의 세기 사이에서 측정된 비대칭이고, A-d는 바이어스 -d를 가진 컴포넌트 격자의 반대 회절 차수 이미지들 사이에서 측정된 비대칭이다. 수학식 1에서, 오프셋 d는 격자의 주기를 나타내는 2π 라디안에 대한 각도로서 표현된다.
각각의 격자가 도 3의 (a)에서와 같이 1차원 뿐이라면, 도 5에 도시된 바와 같은 단일 캡쳐된 이미지(40)는 X 및 Y 방향에 대한 오버레이(OV)의 독립적 측정을 획득하도록 요구되는 완전한 정보를 가진다. 그러나, 타겟 내의 격자가 2차원의 구조체를 가지는 경우, 상이한 방향에 대한 회절 신호들은 전술된 바와 같이 혼합된다. 다행히도, 두 개의 이미지(740(0) 및 740(R))를 캡쳐함으로써, 두 방향에 대한 신호들이 간단한 계산에 의해서 분리될 수 있다. 원하는 것은, 오직 X 방향 및 Y 방향 각각에 대한 +1 및 -1 회절 차수의 세기에서의 차이인 방향성 비대칭 값 Ax 및 Ay를 획득하는 것이다.
컴포넌트 격자(432-435) 중 각각의 임의의 격자에 대하여, 네 개의 더 높은 차수의 회절 세기가 이용가능하다:
이미지(702(0))로부터의 I-x/+y
이미지(706(0))로부터의 I+x/-y
이미지(702(R))로부터의 I-x/-y
이미지(706(R))로부터의 I+x/+y.
비록 상이한 방향성 비대칭이 캡쳐된 이미지 각각 내에 혼합되지만, 혼합의 성질은 조금만 다르다. 두 개의 이미지(740(0) 및 740(R))로부터의 정보를 결합함으로써, 각각의 방향에 대한 개별 기여분, 특히 요구되는 방향성 비대칭 값 Ax 및 Ay가 분리될 수 있다. 비대칭 A(0) 및 A(R)을 두 이미지로부터 측정된 비대칭이라고 규정하고, 이들을 요구되는 방향성 비대칭 값 Ax 및 Ay와 결합하면, 다음이 얻어진다:
Figure pct00002
Figure pct00003
이로부터, 방향성 비대칭 값이 다음 공식을 사용하여 복원될 수 있다:
Figure pct00004
Figure pct00005
이러한 방식으로, 제 1 방향(예를 들어 X 방향)에서의 회절 차수의 비대칭이 제 2 방향(Y)에서의 회절 차수의 비대칭으로부터 구별된다. 이러한 방향성 비대칭 값을 상이하게 바이어스된 격자에 대해서 수학식 1의 식에서 사용하면, 각각의 방향에 특이한 오버레이 값이 관심 대상 격자에 대해서 얻어질 수 있다. X 및 Y에서의 바이어스가 분리되어 알려져 있다면, 다음의 응용예에 설명된 바와 같이 별개의 방향성 오버레이 값 역시 2차원의 격자에 대해서 얻어질 수 있다.
또한, 이러한 정보로부터, 아직 알려지지 않았을 수 있는 격자의 2차원의 특징이 식별될 수 있다. 예를 들어, 공칭적으로 X 방향 격자인 격자에 대한 상당한 비대칭 신호 Ay의 관찰에 기초하여, 이러한 격자가 Y 방향으로 세그먼트화를 가진다는 추론이 이루어질 수 있다. 개별 타겟 또는 타겟들의 그룹 또는 클래스 내의 2차원의 피쳐의 존재 또는 부재는, 예를 들어 제 2 방향으로 관측된 비대칭 신호의 임계에 기초하여 결정될 수 있다. 엄격하게 말하면, 격자가 Y 방향으로 세그먼트화를 가지지만 Y 방향으로는 완벽하게 대칭이라면, 이것은 검출되지 않을 것이다. 그러나, 이러한 가정적인 상황에서, 이것은 X 방향으로의 비대칭-관련 파라미터의 측정에 오차를 야기하지 않을 것이고, 따라서 그 2차원의 특징은 단지 학문적으로만 관심 대상이 될 뿐일 것이다.
위의 수학식 모두에서, 일부 스케일링 인자 및 정규화 인자는 간결성을 위하여 생략된다. 예를 들어, 앞서 언급된 종래의 공개된 출원 중 일부에 설명되는 바와 같이, 세기들 사이의 차이를 그러한 세기의 평균을 분모로 사용하여 정규화한다면 편리할 수 있다. 그러므로, 예를 들어 전술된 식은 다음이 된다:
Figure pct00006
전체 표현식은 다음이 될 수 있다:
Figure pct00007
당업자는 이러한 실용적인 세부사항을 통상적인 기술과 지식과 함께 통합시킬 수 있다.
적용예
도 8은 위에서 설명된 장치 및 방법을 사용하여 리소그래피 프로세스의 성능을 측정하는 방법을 예시한다. 단계 S20에서, 앞에서 설명된 복합 격자 타겟과 같은 타겟 구조체를 생성하도록 하나 이상의 기판이 처리된다. 타겟의 디자인은 공지된 디자인 중 임의의 것, 예컨대 도 4의 (a) 또는 (b)에 표시된 것과 같은 것 또는 새로운 디자인일 수 있으며, 이들의 예가 후술된다. 타겟은 장치의 제 1 측정 브랜치 또는 제 2 측정 브랜치 중 어느 것이 사용되느냐에 따라 대타겟 또는 소타겟 디자인일 수 있다. 타겟은 별개의 구역 내에 별개의 주기적 구조체를 가진 복합 타겟일 수 있다. 타겟은 오버레이, 초점 또는 선량을 비대칭을 통해 측정하도록 설계될 수 있다. 타겟은 다른 성능 파라미터 및/또는 비-비대칭-관련 파라미터를 측정하도록 설계될 수 있다. 선폭 또는 임계 치수(CD)는 비대칭의 측정을 통해서가 아니라 산란측정에 의해 측정될 수 있는 파라미터의 일 예이다.
단계 S20에서, 구조체가 기판에 걸쳐 리소그래피 제조 시스템을 사용하여 생성되고, 기판이 검사 장치, 예컨대 도 2의 검사 장치 내에 로딩된다. 단계 S21에서는, 두 개 이상의 조명 프로파일, 예컨대 도 6을 참조하여 전술된 바와 같은 회전된 프로파일을 사용하여 측정하기 위한 레시피를 포함하는 계측 레시피가 규정된다. 편광, 각도 분포 등을 포함하여 이러한 레시피의 모든 통상적인 파라미터도 규정된다. 다른 실시예들에서, 조명 방사선의 세 개 이상의 상이한 각도 분포(조명 프로파일)가 규정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 조명 프로파일은 타겟 배향에 의해 규정된 방향에 대해서 다르다. 그러므로, 레시피는 실제로는, 광학 시스템 내의 조명 프로파일을 변경하는 것이 아니라, 광학 시스템에 상대적인 기판의 상이한 배향을 규정할 수 있다. 또는, 예를 들어 세그먼트화된 애퍼쳐(13c)는 90도만큼 회전가능할 수 있고, 또는 그 두 개의 회전된 버전이 선택되도록 애퍼쳐 디바이스(13) 내에 제공될 수 있다.
단계 S22에서, 검사 장치는 규정된 조명 프로파일을 사용하여 두 개 이상의 암시야 이미지(예컨대, 도 7의 이미지(740(0) 및 740(R)))를 캡쳐하도록 작동된다. 비대칭 값 A(0) 및 A(R)과 같은 특성이 하나 이상의 타겟의 캡쳐된 이미지로부터 계산된다.
단계 S22a에서, 두 개 이상의 암시야 이미지로부터의 신호를 선택 및/또는 결합함으로써, 하나 이상의 방향성 비대칭 값 Ax 및 Ay가 하나 이상의 타겟 구조체에 대하여 계산된다. 이러한 방향성 비대칭 값은, 타겟 구조체에 관련된 및/또는 타겟 구조체를 형성한 리소그래피 프로세스의 성능에 관련된 하나 이상의 관심 파라미터를 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 관심 파라미터는 방향성 오버레이 값, 및, 예를 들어 선량 및 초점에 대한 값을 포함한다. 관심 방향으로 회절된 방사선 및 상이하고 평행하지 않은 방향으로 회절된 방사선을 구별함으로써, 비대칭 측정에서 잡음이 감소되고, 그 결과 오버레이, 초점 및/또는 선량과 같은 성능 파라미터의 더 정확한 측정이 가능해진다. 관심 파라미터는 단순하게, 타겟 구조체의 이미지가 두 방향으로 회절된 방사선의 혼합을 포함하는지 여부일 수도 있다.
단계 S23에서, 획득된 측정 및 보조 데이터에 응답하여 계측 레시피가 업데이트될 수 있다. 예를 들어, 새로운 제품 또는 타겟 레이아웃을 위한 계측 기법이 개발되고 있는 중일 수 있다. 2차원의 특징에 대한 정보가 적절한 레시피를 선택하기 위하여 사용될 수 있다. 제 2 방향으로 회절된 방사선이 존재하지 않거나 중요하지 않다는 것이 발견되면, 레시피는 이미지들이 상이한 조명 프로파일로 캡쳐되도록 요구하지 않을 수도 있다. 중요한 구조체가 제 2 방향에 존재한다고 해도, 상이한 파장 및/또는 편광을 가진 레시피가, 제 2 방향으로의 회절과 혼합되는, 제 2 방향으로 회절된 방사선의 양을 최소화할 수 있다.
단계 S24에서, 도 1의 리소그래피 생산 설비를 동작하는 개발 및/또는 생산 단계에서, 리소그래피 프로세스에 대한 레시피가 업데이트되어, 예를 들어 추후의 기판에 있는 오버레이를 개선할 수 있다. 상이한 방향으로 회절된 방사선을 구별할 수 있으면, 타겟 구조체가 중요한 2차원의 구조체를 가지는 경우에도, 세그먼트화된 검출 시스템을 사용하는 효율적인 측정 기법이 적용될 수 있게 된다. 타겟의 전체 범위를 커버하고 장치의 비용 및 크기를 줄이면서, 검사 장치는 고정된, 세그먼트화된 검출 시스템과 함께 사용될 수 있다.
측정치를 얻고, 파장 및 다른 레시피 파라미터의 선택을 제어하기 위한 계산이 이미지 프로세서 및 검사 장치의 제어기(PU) 내에서 수행될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 비대칭 및 다른 관심 파라미터의 계산은 검사 장치 하드웨어 및 제어기(PU)로부터 원격으로 수행될 수 있다. 이들은 예를 들어 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS) 내에서, 또는 검사 장치의 프로세서 또는 제어기(PU)로부터 측정 데이터를 수신하도록 구성되는 임의의 컴퓨터 장치에서 수행될 수 있다. 교정 측정을 제어하고 처리하는 것은, 획득된 정정 값을 사용하여 대량 계산을 수행하는 것과 별개인 프로세서에서 수행될 수 있다. 이러한 옵션들 모두는 구현하는 사람의 선택에 달린 것이고, 적용되는 원리 또는 얻어지는 장점을 바꾸는 것은 아니다. 발명의 상세한 설명과 청구항에서 "프로세서" 라는 용어가 사용되면, 프로세서들의 시스템도 망라하는 것으로 이해되어야 한다.
대안적인 타겟 레이아웃
위에서 언급된 바와 같이, 앞서 제시된 본 발명의 특정한 목적은 세그먼트화된 타겟 상에서 오버레이 등의 방향성 측정을 허용하는 것이다. 그러나, 개시된 기법의 방향성을 가진 구별 능력은 동일한 타겟 구조체로부터 두 개의 상이한 방향으로 오버레이와 같은 성능 파라미터를 얻기 위해서도 적용될 수 있다. 2차원의 격자 패턴을 가진 타겟은 양자 모두의 방향으로 알려진 바이어스와 결합될 수 있고, 오버레이와 같은 비대칭-관련 파라미터가 양자 모두의 방향으로 별개로 결합될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 이러한 타겟 및 검출 방법의 장점은, 양자 모두의 방향으로 오버레이를 측정하기 위해서 네 개의 격자 대신에 세 개의 격자만 필요하다는 것일 수 있다. (또는, 두 방향 각각에서의 3 개의 바이어스 값을 수용하기 위해서 아홉 개의 격자가 필요한 대신에, 여섯 개만이 필요할 수도 있다.) "가용 공간(real estate)" 및 측정 시간에서 계측 오버헤드가 굉장히 고가이기 때문에, 타겟 구역이 이러한 절약되는 것은 매우 유리할 수 있다.
도 9의 (a)에서, 세 개의 오버레이 격자(932-934)를 가지는 것으로 표시되는 복합 타겟을 조명하는 조명 스폿(931)이 도시된다. 이러한 격자 중 두 개 이상에는 제 1 방향으로 상이한 오버레이 바이어스 값이 제공되고, 이러한 격자 중 두 개 이상에는 제 2 방향으로 상이한 오버레이 바이어스 값이 제공된다. 사용될 수 있는 바이어스 조합의 제 1 예로서, 세 개의 타겟에 대한 2차원의 바이어스(dx, dy)는 다음과 같을 수 있다:
(dx, dy) = (+20nm, +20nm)
(-20nm, +20nm)
(+20nm, -20nm)
상이한 방향으로의 비대칭을 구별하기 위하여 도 6 내지 도 8의 방법을 사용하면, X 및 Y에서 독립적인 오버레이 측정이 단 세 개의 격자로부터 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있게 될 것인데, 종래의 기법에서는 도 4에 도시된 바와 같이 네 개의 격자가 필요하다.
다른 예시적인 바이어스 스킴은 다음과 같다:
(dx, dy) = (+20nm, +20nm)
(-20nm, +20nm)
(0nm, -20nm)
여러 다른 조합도 역시 가능하다. 3 개의 포인트(dx, dy)가 직선이 아니면, 그러면 두 방향으로의 오버레이는 독립적으로 측정될 수 있다.
일부 애플리케이션에서, 예를 들어 타겟을 어떤 방식으로 특징짓기 위하여, 대칭 신호(예를 들어 반대 회절 차수들의 평균 세기)가 비대칭 신호에 추가하여 사용된다. 위의 감소된 개수의 타겟을 사용하면, 이러한 대칭 신호는 X와 Y 사이에서 분리될 수 없다. 이러한 이유로, X 및 Y 방향으로 주기적 구조체의 동일한 피치를 가짐으로써 그러한 대칭 신호가 X 및 Y에 대해서 대략적으로는 동일하게 하는 것이 바람직할 수 있다.
일부 애플리케이션에서, 오버레이 격자가 아닌 단일 격자 구조체 상의 두 방향으로 비대칭을 측정하는 것은 유용할 수 있다. 예를 들어, 선량 또는 초점의 측정을 위해 설계된 타겟은 단일 층 격자 내의 비대칭을 나타내도록 설계될 수 있다. 그 비대칭이 관심 대상인 단일 층 구조체의 다른 예로서, 바이어스된 오버레이 격자와 나란하게, 바닥 층에서는 동일하지만 오버라잉 상단 격자를 가지지 않는 보조 타겟 구조체를 형성하는 것이 가끔은 바람직하다. 이러한 구조체는, 그렇지 않으면 진정한 오버레이 오차와 혼동될 수 있는 바닥 격자 비대칭(BGA)을 직접적으로 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 도 6 내지 도 8의 기법은 이러한 바닥 격자 구조체의 비대칭을 양자 모두의 방향으로 독립적으로 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 측정된 BGA를 사용하면, 비대칭에 기초한 오버레이 측정은 상단 격자와 바닥 격자 사이의 참 오버레이 오차를 더 정확하게 반영하기 위해서 정정될 수 있다. 이론상, 상단 격자 비대칭이 동일한 방식으로 측정될 수 있지만, 더 공통적인 문제점은 바닥 격자에 도입된 비대칭에 대한 것인데, 이것은 상단 격자가 형성되기 전에 여러 화학적 및 물리적 처리 단계에 노출될 수 있다.
도 9의 (b)는 도 9의 (a)에에 도시되는 것과 동일하지만, 전체 정방형 아웃라인 중 제 4 사분면을 점유하는 제 4 타겟 구조체(935)가 있는 복합 타겟을 예시한다. 이러한 제 4 구조체는 예를 들어 앞서 언급된 바닥 격자 비대칭 타겟, 또는 일부 다른 보조 타겟 구조체일 수 있다. 이러한 방식으로, 종래에는 보조 타겟 구조체를 추가하면 추가적 공간적 불이익이 발생하였지만, 보조 타겟 구조체가 3-격자 타겟에 추가될 수 있으며 공지된 타겟과 동일한 양의 공간만을 점유한다.
도 6 내지 도 8의 방법은, 예를 들어 바닥 층 내에 제 1 방향(예를 들어 X)으로 주기적인 라인 격자 및 상단 층에 제 2 방향(예를 들어 Y)으로 주기적 다른 라인 격자를 포함하는 타겟을 측정하기 위해서도 사용될 수 있다. 그러면, 장치가 X 방향으로의 바닥 격자 비대칭(BGA) 및 Y 방향으로의 상단 격자 비대칭 양자 모두를 타겟 구역의 동일한 조각으로부터 측정할 수 있게 될 것이다.
마지막으로, 위에서 언급된 바와 같이, 전술된 기법이 타겟의 속성을 두 방향으로 독립적으로 측정하기 위하여 사용될 수 있지만, 이것은 세그먼트화 또는 다른 구조체가 제 2 방향에 존재하는지를 확인하기 위한 간단한 검사로서도 사용될 수 있다. 그렇지 않다면, 일반적인 단일 배향 측정이 신뢰성있게 실행될 수 있다. 세그먼트화 신호가 제 2 방향에 존재하면, 해당 타입의 타겟을 위한 측정이 전술된 모드에서 또는 대안적인 방법에 의하여 후속 실행될 수 있다.
결론:
앞서 개시된 원리는, 타겟 구조체가 강한 2차원의 특징을 가지는 경우 방향성 측정 정확도가 유지될 수 있게 한다. 이러한 기법은, 세그먼트화된 검출 시스템을 사용하는 암시야 이미징 방법 및 다른 방법에 의해 수행될 비대칭 측정에 적용되기에 적합하다. 조명의 두 개 이상의 각도 분포를 사용하면, 세그먼트화된 검출 시스템에 기초한 간단하고 효율적인 검사 장치가, 제 2 방향으로 큰 회절을 가지는 것들을 포함하여 모든 범위의 타겟에서 작동할 수 있게 된다.
또한, 개시된 방법 장치는 바이어스된 타겟의 수가 감소되고 따라서 기판 상의 공간이 절약된 상태로, 두 방향으로의 속성을 독립적으로 결정할 수 있다.
또한, 개시된 방법 및 장치는 타겟 구조체의 이전에는 몰랐던 2차원의 특징에 대한 정보를 전달할 수 있다. 이러한 정보는 리소그래피 프로세스의 성능에 대한 정보가 유도될 수 있게 할 수 있고, 또는 적어도 적절한 레시피가 선택되게 할 수 있다.
비록 본 발명의 특정한 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
실시예에 예시된 검사 장치 또는 툴이 병렬 이미지 센서에 의한 퓨필 평면 및 기판 평면의 동시 이미징을 위한 제 1 및 제 2 브랜치를 가지는 특정 형태의 산란계를 포함하지만, 다른 구성도 가능하다. 빔 분할기(17)가 있는 대물 렌즈(16)에 영구적으로 커플링된 두 개의 브랜치를 제공하는 것이 아니라, 브랜치들은 미러와 같은 가동 광학 요소에 의해 선택적으로 커플링될 수 있다. 단일 이미지 센서를 가지는 광학 시스템이 제조될 수 있는데, 센서까지의 광로는 가동 요소에 의해 재구성되어 퓨필 평면 이미지 센서로 그리고 그 후에 기판 평면 이미지 센서로서의 역할을 한다.
도 2에 도시된 광학 시스템이 굴절성 요소를 포함하지만, 반사성 광학기가 그 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 반사성 광학기를 사용하면 방사선의 더 짧은 파장을 사용할 수 있게 될 수 있다.
위에서 설명된 타겟 구조체가 측정의 목적을 위하여 특정하게 설계되고 형성된 계측 타겟들인 반면에, 다른 실시예들에서, 기판에 형성된 디바이스의 기능성 부분인 타겟들의 속성이 측정될 수도 있다. 많은 디바이스들은 정규의 격자-유사 구조를 가진다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 '타겟 격자' 및 '타겟 구조체'라는 용어는 해당 구조체가 수행되는 중인 측정에 대하여 특정하게 제공되어야 한다는 것을 요구하지 않는다.
검사 장치 하드웨어 및 기판과 패터닝 디바이스에서 실현되는 적합한 주기적 구조체와 연관하여, 일 실시예는 타겟 구조체에 대한 및/또는 리소그래피 프로세스에 대한 정보를 획득하기 위한 전술된 타입의 측정 방법을 구현하는 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 도 2의 장치에 있는 이미지 프로세서 및 콘트롤러(PU) 및/또는 도 1의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수도 있다. 그 안에 저장된 이러한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기적 또는 광학적 디스크)가 역시 제공될 수 있다.
비록 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서 본 발명의 실시예를 사용하는 것에 대해 특정하여 언급하였지만, 본 발명이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있고, 콘텍스트가 허용하는 경우 광 리소그래피로 제한되는 것이 아니라는 것이 인정될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.
다른 실시예들은 아래의 번호가 매겨진 절에서 기술된다:
1. 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 타겟 구조체의 적어도 제 1 부분의 속성을 결정하는 방법으로서,
상기 방법은 상기 타겟 구조체 내의 주기적 피쳐에 의해 산란되는 방사선에 기초하고, 상기 방법은,
(a) 제 1 각도 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 검출 시스템을 사용하여 상기 타겟 구조체의 제 1 이미지를 형성하는 단계 - 상기 제 1 이미지는, 상기 타겟 구조체에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분 및 상기 타겟 구조체에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여 형성되고, 상기 제 1 방향과 제 2 방향은 상기 타겟 구조체에 상대적으로 규정되며, 서로 평행하지 않음 -;
(b) 제 2 각도 조명 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 검출 시스템을 사용하여 상기 타겟 구조체의 제 2 이미지를 형성하는 단계 - 제 1 및 제 2 각도 조명 프로파일은 상기 타겟 구조체에 대하여 서로 다르게 배향됨 -;
(c) 상기 타겟 구조체의 제 1 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선 및 상기 동일한 타겟 구조체의 제 1 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위하여, 상기 제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 세기 값을 조합하는 단계; 및
(d) 단계 (c)에서 이루어진 구별에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 구조체의 상기 제 1 부분의 속성을 결정하는 단계를 포함하는, 속성 결정 방법.
2. 제 1 절에 있어서,
단계 (c)에서의 구별에 기초하여, 단계 (d)는 상기 타겟 구조체의 제 1 부분이 상당한 비대칭 회절을 제 2 방향으로 유발하도록 구성되는지 여부를 결정하는, 속성 결정 방법.
3. 제 1 절에 있어서,
단계 (c)에서의 구별에 기초하여, 단계 (d)는, 상기 타겟 구조체의 제 1 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선에 기초하여 그리고 상기 타겟 구조체의 동일한 제 1 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선의 영향은 무시하면서 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 상기 속성을 결정하는, 속성 결정 방법.
4. 제 3 절에 있어서,
상기 속성은 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 제 1 방향으로의 비대칭에 관련되는, 속성 결정 방법.
5. 제 4 절에 있어서,
상기 타겟 구조체의 부분의 제 1 방향으로의 비대칭에 관련된 상기 속성은, 상기 제 1 이미지의 상보적 부분들과 상기 제 2 이미지의 상보적 부분들 사이의 세기 차에 적어도 부분적으로 기초하여 계산되고,
각각의 이미지 내의 상보적 부분들은, 제 1 방향으로 회절된 방사선의 서로 반대 회절 차수들을 사용하여 형성된 것인, 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 이미지인, 속성 결정 방법.
6. 제 5 절에 있어서,
상기 방법은,
타겟 구조체의 적어도 제 2 부분에 대한 비대칭에 관련된 상기 속성을 결정하는 단계 및
리소그래피 프로세스의 제 1 성능 파라미터의 측정을 타겟 구조체의 제 1 부분 및 제 2 부분에 대해 결정된 속성에 기초하여 그리고 상기 타겟 구조체의 제 1 부분 및 제 2 부분의 제 1 방향으로의 공지된 바이어스 속성에 기초하여 계산하는 단계를 더 포함하는, 속성 결정 방법.
7. 제 5 절 또는 제 6 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 제 2 속성을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 속성은 제 2 방향으로의 비대칭에 관련되는, 속성 결정 방법.
8. 제 7 절에 있어서,
상기 방법은,
타겟 구조체의 적어도 제 2 부분의 제 2 방향으로의 비대칭에 관련된 상기 제 2 속성을 결정하는 단계 및
리소그래피 프로세스의 제 2 성능 파라미터의 측정을 타겟 구조체의 제 1 부분 및 제 2 부분에 대해 결정된 속성에 기초하여 그리고 상기 타겟 구조체의 제일 먼저 언급된 부분 및 제 2 부분의 제 2 방향으로의 공지된 바이어스 속성에 기초하여 계산하는 단계를 더 포함하는, 속성 결정 방법.
9. 제 8 절에 있어서,
상기 방법은,
(e) 상기 타겟 구조체의 제 3 부분 및 제 4 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선과 상기 타겟 구조체의 동일한 제 3 부분 및 제 4 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위하여, 상기 제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 세기 값을 결합하는 단계; 및
(f) 단계 (e)에서 이루어진 구별에 기초하여, 상기 타겟 구조체의 제 3 및 제 4 부분의 제 2 방향으로의 비대칭에 관련된, 상기 타겟 구조체의 상기 제 3 및 제 4 부분의 속성을 계산하고, 상기 타겟 구조체의 제 3 및 제 4 부분에 대하여 결정된 속성에 기초하여 그리고 상기 타겟 구조체의 제 3 및 제 4 부분의 공지된 바이어스 속성에 기초하여, 상기 리소그래피 프로세스의 제 3 성능 파라미터의 측정을 계산하는 단계를 더 포함하는, 속성 결정 방법.
10. 제 1 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서,
방사선의 상기 제 1 각도 분포는 조명된 영역 및 암 영역을 가지는 세그먼트화된 조명 프로파일로부터 유도되고, 제 1 방향으로 반사될 때 그리고 제 2 방향으로 반사될 때, 각각의 조명된 영역은 암 영역에 대칭적으로 반대인, 속성 결정 방법.
11. 제 10 절에 있어서,
상기 세그먼트화된 조명 프로파일은 네 개의 사분면을 가지고, 상기 조명된 영역은 서로 정반대인 두 개의 사분면에만 속하는, 속성 결정 방법.
12. 제 10 절 또는 제 11 절에 있어서,
상기 검출 시스템은 세그먼트화된 검출 시스템이고, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 각각은 상기 타겟 구조체에 의해 회절된 방사선의 반대 회절 차수를 사용하여 형성된 타겟 구조체의 이미지인 상보적 부분을 포함하는, 속성 결정 방법.
13. 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 타겟 구조체는, 상기 제 1 방향으로만 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 각각 가지는 두 개 이상의 부분 및 상기 제 2 방향으로만 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 각각 가지는 두 개 이상의 부분을 포함하는, 속성 결정 방법.
14. 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 타겟 구조체는 제 1 방향 및 제 2 방향 양자 모두의 방향으로 각각 주기적인 두 개 이상의 부분을 포함하고, 상이한 부분은 제 1 방향 및 제 2 방향으로의 프로그래밍된 바이어스 값의 상이한 조합을 가지는, 속성 결정 방법.
15. 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 타겟 구조체는, 제 1 방향 및 제 2 방향 양자 모두의 방향으로 각각 주기적인 세 개의 부분을 포함하고,
상기 세 개의 부분 중 적어도 두 부분은 상기 제 1 방향으로 서로 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 가지고, 상기 세 개의 부분 중 적어도 두 개의 부분은 상기 제 2 방향으로 서로 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 가지는, 속성 결정 방법.
16. 제 15 절에 있어서,
상기 세 개의 부분 각각은, 두 개 이상의 층에 형성된 격자 구조체를 포함하는 오버레이 격자이고,
상기 타겟 구조체는 상기 층 중 오직 하나에만 형성된 격자 구조체를 포함하는 제 4 부분을 더 포함하는, 속성 결정 방법.
17. 제 16 절에 있어서,
상기 타겟 구조체는 유사한 사분면들(quaters)로 분할되는 사각 레이아웃을 가지고, 상기 세 개의 부분은 상기 사각 레이아웃의 세 개의 사분면 내에 배치되며, 상기 제 4 부분은 제 4 사분면 내에 배치되는, 속성 결정 방법.
18. 제 17 절에 있어서,
상기 사각 레이아웃은 실질적으로 정방형 레이아웃이고, 상기 사분면은 개략적으로 정방형인, 속성 결정 방법.
19. 제 1 절 내지 제 18 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은, 결정된 속성을 사용하여 추가적인 타겟 구조체에 대한 계측 레시피를 변경하는 단계를 더 포함하는, 속성 결정 방법.
20. 제 1 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은, 결정된 속성을 사용하여 패턴을 기판에 적용하도록 리소그래피 장치를 제어하는 단계를 더 포함하는, 속성 결정 방법.
21. 하나 이상의 기판 상에 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 타겟 구조체의 속성을 측정하는 검사 장치로서,
타겟 구조체를 제 1 각도 분포 및 제 2 각도 분포를 가지는 방사선으로 서로 상이한 시간에 조명하도록 동작가능한 조명 시스템;
상기 타겟 구조체에 의해 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여, 상기 타겟 구조체의 하나 이상의 이미지를 형성하도록 동작가능한 검출 시스템; 및
제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 조명 시스템 및 상기 검출 시스템을 제어하여,
(a) 제 1 각도 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 상기 타겟 구조체의 제 1 이미지를 형성하고 - 상기 제 1 이미지는, 상기 타겟 구조체에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분 및 상기 타겟 구조체에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여 형성되고, 상기 제 1 방향과 제 2 방향은 상기 타겟 구조체에 상대적으로 규정되며, 서로 평행하지 않음 -,
(b) 제 2 각도 조명 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 상기 타겟 구조체의 제 2 이미지를 형성하게 하며,
제 1 및 제 2 각도 조명 프로파일은 상기 타겟 구조체에 대하여 서로 다르게 배향되는, 검사 장치.
22. 제 21 절에 있어서,
상기 검사 장치는,
(c) 상기 타겟 구조체의 제 1 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선과 상기 타겟 구조체의 동일한 제 1 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위하여, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지로부터의 세기 값을 결합하고,
(d) 단계 (c)에서 이루어진 구별에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 구조체의 상기 제 1 부분의 속성을 결정하도록 구성되는 프로세서를 더 포함하는, 검사 장치.
23. 제 22 절에 있어서,
상기 속성은 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 제 1 방향으로의 비대칭에 관련되는, 검사 장치.
24. 제 23 절에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 타겟 구조체의 부분의 제 1 방향으로의 비대칭에 관련된 상기 속성을, 상기 제 1 이미지의 상보적 부분들과 상기 제 2 이미지의 상보적 부분들 사이의 세기 차에 적어도 부분적으로 기초하여 계산하도록 구성되고,
각각의 이미지 내의 상보적 부분들은, 제 1 방향으로 회절된 방사선의 서로 반대 회절 차수들을 사용하여 형성된 것인, 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 이미지인, 검사 장치.
25. 제 24 절에 있어서,
상기 프로세서는, 타겟 구조체의 적어도 제 2 부분에 대한 비대칭에 관련된 상기 속성을 계산하고,
리소그래피 프로세스의 제 1 성능 파라미터의 측정을 타겟 구조체의 제 1 부분 및 제 2 부분에 대해 결정된 속성에 기초하여 그리고 상기 타겟 구조체의 제 1 부분 및 제 2 부분의 제 1 방향으로의 공지된 바이어스 속성에 기초하여 계산하도록 더 구성되는, 검사 장치.
26. 제 24 절 또는 제 25 절에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 제 2 속성을 결정하도록 더 구성되고, 상기 제 2 속성은 제 2 방향으로의 비대칭에 관련되는, 검사 장치.
27. 제 26 절에 있어서,
상기 프로세서는,
타겟 구조체의 적어도 제 2 부분의 제 2 방향으로의 비대칭에 관련된 상기 제 2 속성을 결정하고,
리소그래피 프로세스의 제 2 성능 파라미터의 측정을 타겟 구조체의 제 1 부분 및 제 2 부분에 대해 결정된 속성에 기초하여 그리고 상기 타겟 구조체의 제일 먼저 언급된 부분 및 제 2 부분의 제 2 방향으로의 공지된 바이어스 속성에 기초하여 계산하도록 더 구성되는, 검사 장치.
28. 제 27 절에 있어서,
상기 프로세서는,
(e) 상기 타겟 구조체의 제 3 부분 및 제 4 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선과 상기 타겟 구조체의 동일한 제 3 부분 및 제 4 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위하여, 상기 제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 세기 값을 결합하고,
(f) 단계 (e)에서 이루어진 구별에 기초하여, 상기 타겟 구조체의 제 3 및 제 4 부분의 제 2 방향으로의 비대칭에 관련된, 상기 타겟 구조체의 상기 제 3 및 제 4 부분의 속성을 계산하고, 상기 타겟 구조체의 제 3 및 제 4 부분에 대하여 결정된 속성에 기초하여 그리고 상기 타겟 구조체의 제 3 및 제 4 부분의 공지된 바이어스 속성에 기초하여, 상기 리소그래피 프로세스의 제 3 성능 파라미터의 측정을 계산하도록 더 구성되는, 검사 장치.
29. 제 21 절 내지 제 28 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 조명 시스템은 방사선의 상기 제 1 각도 분포를 조명된 영역 및 암 영역을 가지는 세그먼트화된 조명 프로파일을 사용하여 형성하도록 작동가능하고, 제 1 방향으로 반사될 때 그리고 제 2 방향으로 반사될 때, 각각의 조명된 영역은 암 영역에 대칭적으로 반대인, 검사 장치.
30. 제 29 절에 있어서,
상기 세그먼트화된 조명 프로파일은 네 개의 사분면을 가지고, 상기 조명된 영역은 서로 정반대인 두 개의 사분면에만 속하는, 검사 장치.
31. 제 29 절 또는 제 30 절에 있어서,
상기 검출 시스템은 세그먼트화된 검출 시스템이고, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 각각은 상기 타겟 구조체에 의해 회절된 방사선의 반대 회절 차수를 사용하여 형성된 타겟 구조체의 이미지인 상보적 부분을 포함하는, 검사 장치.
32. 제 31 절에 있어서,
상기 세그먼트화된 검출 시스템은, 상기 반대 회절 차수를 상이한 각도를 통해 편향시키기 위해 상기 검출 시스템의 퓨필 평면 내에 세그먼트화된 프리즘을 포함하여, 상기 검출 시스템의 이미지 평면 내에 공간적 간격이 있는 상기 상보적 부분을 형성하는, 검사 장치.
33. 제 1 절 내지 제 20 절 중 어느 한 절에 따른 방법에서 사용되기 위한 타겟 구조체로서,
상기 타겟 구조체는, 제 1 방향 및 제 2 방향 양자 모두의 방향으로 각각 주기적인, 적어도 세 개의 부분을 포함하고,
상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 평행하지 않으며,
상기 세 개의 부분 중 적어도 두 개의 부분은 상기 제 1 방향으로 서로 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 가지고, 상기 세 개의 부분 중 적어도 두 개의 부분은 상기 제 2 방향으로 서로 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 가지는, 타겟 구조체.
34. 제 33 절에 있어서,
상기 세 개의 부분 각각은, 두 개 이상의 층에 형성된 격자 구조체를 포함하는 오버레이 격자이고,
상기 타겟 구조체는 상기 층 중 오직 하나에만 형성된 격자 구조체를 포함하는 제 4 부분을 더 포함하는, 타겟 구조체.
35. 제 34 절에 있어서,
상기 타겟 구조체는 유사한 사분면들(quaters)로 분할되는 사각 레이아웃을 가지고, 상기 세 개의 부분은 상기 사각 레이아웃의 세 개의 사분면 내에 배치되며, 상기 제 4 부분은 제 4 사분면 내에 배치되는, 타겟 구조체.
36. 제 35 절에 있어서,
상기 사각 레이아웃은 실질적으로 정방형 레이아웃이고, 상기 사분면은 개략적으로 정방형인, 타겟 구조체.
37. 처리 디바이스로서,
제 1 절 내지 제 20 절 중 어느 한 절의 방법의 단계 (c) 및 (d)를 수행함으로써, 타겟 구조체의 적어도 제 1 및 제 2 이미지를 수신하고, 타겟 구조체의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 속성의 측정치를 유도하도록 구성되는, 처리 디바이스.
38. 머신 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 머신 판독가능 명령은 프로그램가능 처리 디바이스로 하여금, 제 1 절 내지 제 20 절 중 어느 한 절의 방법의 단계 (c) 및 (d)를 수행함으로써, 타겟 구조체의 적어도 제 1 및 제 2 이미지를 수신하고, 상기 타겟 구조체의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 속성의 측정치를 유도하게 하기 위한 것인, 컴퓨터 프로그램 제품.
39. 제 38 절에 있어서,
상기 머신 판독가능 명령은, 상기 프로그래밍가능 처리 디바이스로 하여금,
상기 방법의 단계 (a) 및 (b)에 의해서 제 1 및 제 2 이미지가 캡쳐되도록 검사 장치의 동작을 자동적으로 제어하게 하도록 더 구성되는, 컴퓨터 프로그램 제품.
40. 리소그래피 시스템으로서,
패턴을 하나 이상의 기판 상에 적용하기 위한 리소그래피 장치;
제 21 절 내지 제 32 절 중 어느 한 절에 따른 검사 장치; 및
상기 패턴을 추가적인 기판에 적용할 때, 상기 검사 장치로부터의 측정 결과를 사용하여 상기 리소그래피 장치를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함하는, 리소그래피 시스템.
41. 디바이스 패턴이 리소그래피 프로세스를 사용하여 일련의 기판들에 적용되는 디바이스 제조 방법으로서,
제 1 절 내지 제 20 절 중 어느 한 절의 방법을 사용하여, 상기 기판들 중 적어도 하나 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로서 또는 디바이스 패턴 이외에 형성된 하나 이상의 구조체의 하나 이상의 속성을 측정하는 단계, 및
측정의 결과에 따라 추후의 기판들에 대하여 상기 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
본원에서 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, 1-100 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다. 산란계 및 다른 검사 장치의 구현형태는 적합한 소스를 사용하여 UV 및 EUV 파장에서 제작될 수 있고, 본 발명은 절대로 IR 및 가시광선을 사용한 시스템으로 한정되는 것이 아니다.
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. 반사성 컴포넌트는 UV 및/또는 EUV 범위에서 동작하는 장치 내에서 사용될 가능성이 있다.
본 발명의 적용 범위 및 범위는 전술한 예시 실시예의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안 되며, 후속하는 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 타겟 구조체의 적어도 제 1 부분의 속성을 결정하는 방법으로서,
    상기 방법은 상기 타겟 구조체 내의 주기적 피쳐에 의해 산란되는 방사선에 기초하고, 상기 방법은,
    (a) 제 1 각도 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 검출 시스템을 사용하여 상기 타겟 구조체의 제 1 이미지를 형성하는 단계 - 상기 제 1 이미지는, 상기 타겟 구조체에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분 및 상기 타겟 구조체에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여 형성되고, 상기 제 1 방향과 제 2 방향은 상기 타겟 구조체에 상대적으로 규정되며, 서로 평행하지 않음 -;
    (b) 제 2 각도 조명 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 검출 시스템을 사용하여 상기 타겟 구조체의 제 2 이미지를 형성하는 단계 - 제 1 및 제 2 각도 조명 프로파일은 상기 타겟 구조체에 대하여 서로 다르게 배향됨 -;
    (c) 상기 타겟 구조체의 제 1 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선 및 상기 타겟 구조체의 동일한 제 1 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선을 구별하기 위하여, 상기 제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 세기 값을 조합하는 단계; 및
    (d) 단계 (c)에서 이루어진 구별에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 구조체의 상기 제 1 부분의 속성을 결정하는 단계를 포함하는, 속성 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 (c)에서의 구별에 기초하여, 단계 (d)는 상기 타겟 구조체의 제 1 부분이 상당한 비대칭 회절을 제 2 방향으로 유발하도록 구성되는지 여부를 결정하는, 속성 결정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    단계 (c)에서의 구별에 기초하여, 단계 (d)는, 상기 타겟 구조체의 제 1 부분에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선에 기초하여 그리고 상기 타겟 구조체의 동일한 제 1 부분에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선의 영향은 무시하면서 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 상기 속성을 결정하는, 속성 결정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 속성은 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 제 1 방향으로의 비대칭에 관련되는, 속성 결정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 타겟 구조체의 부분의 제 1 방향으로의 비대칭에 관련된 상기 속성은, 상기 제 1 이미지의 상보적 부분들과 상기 제 2 이미지의 상보적 부분들 사이의 세기 차에 적어도 부분적으로 기초하여 계산되고,
    각각의 이미지 내의 상보적 부분들은, 제 1 방향으로 회절된 방사선의 서로 반대 회절 차수들을 사용하여 형성된 것인, 상기 타겟 구조체의 제 1 부분의 이미지인, 속성 결정 방법.
  6. 하나 이상의 기판 상에 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 타겟 구조체의 속성을 측정하는 검사 장치로서,
    타겟 구조체를 제 1 각도 분포 및 제 2 각도 분포를 가지는 방사선으로 서로 상이한 시간에 조명하도록 동작가능한 조명 시스템;
    상기 타겟 구조체에 의해 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여, 상기 타겟 구조체의 하나 이상의 이미지를 형성하도록 동작가능한 검출 시스템; 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 조명 시스템 및 상기 검출 시스템을 제어하여,
    (a) 제 1 각도 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 상기 타겟 구조체의 제 1 이미지를 형성하고 - 상기 제 1 이미지는, 상기 타겟 구조체에 의해 제 1 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분 및 상기 타겟 구조체에 의해 제 2 방향으로 회절된 방사선의 선택된 부분을 사용하여 형성되고, 상기 제 1 방향과 제 2 방향은 상기 타겟 구조체에 상대적으로 규정되며, 서로 평행하지 않음 -,
    (b) 제 2 각도 조명 분포를 가지는 방사선으로 조명될 때, 상기 타겟 구조체의 제 2 이미지를 형성하게 하며,
    제 1 및 제 2 각도 조명 프로파일은 상기 타겟 구조체에 대하여 서로 다르게 배향되는, 검사 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 청구된 방법에서 사용되기 위한 타겟 구조체로서,
    상기 타겟 구조체는, 제 1 방향 및 제 2 방향 양자 모두의 방향으로 각각 주기적인, 적어도 세 개의 부분을 포함하고,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 평행하지 않으며,
    상기 세 개의 부분 중 적어도 두 개의 부분은 상기 제 1 방향으로 서로 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 가지고, 상기 세 개의 부분 중 적어도 두 개의 부분은 상기 제 2 방향으로 서로 상이한 프로그래밍된 바이어스 값을 가지는, 타겟 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 세 개의 부분 각각은, 두 개 이상의 층에 형성된 격자 구조체를 포함하는 오버레이 격자이고,
    상기 타겟 구조체는 상기 층 중 오직 하나에만 형성된 격자 구조체를 포함하는 제 4 부분을 더 포함하는, 타겟 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 타겟 구조체는 유사한 사분면들(quaters)로 분할되는 사각 레이아웃을 가지고, 상기 세 개의 부분은 상기 사각 레이아웃의 세 개의 사분면 내에 배치되며, 상기 제 4 부분은 제 4 사분면 내에 배치되는, 타겟 구조체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 사각 레이아웃은 실질적으로 정방형 레이아웃이고, 상기 사분면은 개략적으로 정방형인, 타겟 구조체.
  11. 처리 디바이스로서,
    타겟 구조체의 적어도 제 1 및 제 2 이미지를 수신하고, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법의 단계 (c) 및 (d)를 수행함으로써 타겟 구조체의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 속성의 측정치를 유도하도록 구성되는, 처리 디바이스.
  12. 머신 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    상기 머신 판독가능 명령은 프로그램가능 처리 디바이스로 하여금, 타겟 구조체의 적어도 제 1 및 제 2 이미지를 수신하고, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법의 단계 (c) 및 (d)를 수행함으로써 상기 타겟 구조체의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 속성의 측정치를 유도하게 하기 위한 것인, 컴퓨터 프로그램 제품.
  13. 제 항에 있어서,
    상기 머신 판독가능 명령은, 상기 프로그램가능 처리 디바이스로 하여금,
    상기 방법의 단계 (a) 및 (b)에 의해서 제 1 및 제 2 이미지가 캡쳐되도록 검사 장치의 동작을 자동적으로 제어하게 하도록 더 구성되는, 검사 장치.
  14. 리소그래피 시스템으로서,
    패턴을 하나 이상의 기판 상에 적용하기 위한 리소그래피 장치;
    제 6 항에 청구된 바와 같은 검사 장치; 및
    상기 패턴을 추가적인 기판에 적용할 때, 상기 검사 장치로부터의 측정 결과를 사용하여 상기 리소그래피 장치를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함하는, 리소그래피 시스템.
  15. 디바이스 패턴이 리소그래피 프로세스를 사용하여 일련의 기판들에 적용되는 디바이스 제조 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 방법을 사용하여, 상기 기판들 중 적어도 하나 상에서 상기 디바이스 패턴의 일부로서 또는 디바이스 패턴 이외에 형성된 하나 이상의 구조체의 하나 이상의 속성을 측정하는 단계, 및
    측정의 결과에 따라 추후의 기판들에 대하여 상기 리소그래피 프로세스를 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.
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