KR20190112792A - 메트롤로지 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

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Abstract

메트롤로지 방법 및 연계된 메트롤로지 장치가 개시된다. 상기 방법은 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 적어도 2 개의 층들로 형성된 타겟을 측정하고, 예를 들어 이미지 평면에서 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들을 포착하여 측정 데이터를 얻는 단계를 포함한다. 타겟의 기하학적 파라미터들에 관하여 정의된 바와 같은 타겟의 측정의 시뮬레이션 -상기 기하학적 파라미터들은 1 이상의 가변 기하학적 파라미터를 포함함- 이 수행되고, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 직접 재구성하기 위해, 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이가 최소화된다.

Description

메트롤로지 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램
본 출원은 2017년 2월 2일에 출원된 EP 출원 17154425.7의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의한 디바이스들의 제조 시에 이용가능한 메트롤로지를 위한 방법, 장치 및 컴퓨터 제품, 및 리소그래피 기술을 이용하여 디바이스들을 제조하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피 공정(즉, 통상적으로 레지스트의 현상, 에칭 등과 같은 1 이상의 연계된 처리 단계를 포함할 수 있는 리소그래피 노광을 수반하는 디바이스 또는 다른 구조체를 개발하는 공정)에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성되는 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경 및 오버레이, 즉 기판의 두 층들의 정렬 정확성을 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 최근에는, 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 스케터로미터(scatterometer)들이 개발되었다. 이 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 산란된 방사선의 1 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 1 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광(polarization) - 을 측정하여, 타겟의 관심 속성(property of interest)이 결정될 수 있는 "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.
메트롤로지 장치들은, 예를 들어 에칭, 화학 기계적 연마(CMP), 증착 등과 같은 처리 단계들에 의해 야기되는 타겟 구조적 비대칭에 민감하다. 이러한 비대칭은 수 나노미터 정도인 측정 오차들을 초래한다. 이 효과가 오버레이 예산(overlay budget)을 좌우하기 시작할 수 있으며, 따라서 해결책들이 필요하다.
타겟의 주기적 구조체의 형상에서의 비대칭은 일반적으로 측정된 오버레이에 영향을 미칠 것이다. 이 영향은 측정에 사용되는 조명 세팅에 따라 변할 수 있다.
모니터링되어야 하는 다른 파라미터들은 스택 내의 층들 중 일부 또는 전부의 높이들을 포함한다. 층 높이들의 측정은 일반적으로 오버레이 및 정렬 타겟들과 별도로 지정된 박막 타겟들에서 수행된다. 이들은 추가적인 기판 영역을 차지하며, 이들의 측정에 추가적인 측정 시간이 걸린다.
스루풋, 유연성 및/또는 정확성이 개선될 수 있는 타겟을 사용하는 (예를 들어, 오버레이) 메트롤로지를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 이에 제한되지는 않지만, 이것이 다크-필드 기술(dark-field technique)로 판독될 수 있는 작은 타겟 구조체들에 적용될 수 있는 경우에 크게 유리할 것이다.
본 발명의 제 1 실시형태에서, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 적어도 2 개의 층들로 형성된 타겟의 측정에 관한 측정 데이터를 얻는 단계 -상기 측정 데이터는 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들로부터 도출됨- ; 타겟의 기하학적 파라미터들에 관하여 정의된 바와 같은 타겟의 측정의 시뮬레이션에 관한 시뮬레이션 데이터를 얻는 단계 -상기 기하학적 파라미터들은 1 이상의 가변 기하학적 파라미터를 포함함- ; 및 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 직접 재구성하기 위해, 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이를 최소화하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법이 제공된다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 적어도 2 개의 층들로 형성된 타겟의 측정에 관한 측정 데이터를 얻도록 -상기 측정 데이터는 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들로부터 도출됨- ; 타겟의 기하학적 파라미터들에 관하여 정의된 바와 같은 타겟의 측정의 시뮬레이션에 관한 시뮬레이션 데이터를 얻도록 -상기 기하학적 파라미터들은 1 이상의 가변 기하학적 파라미터를 포함함- ; 및 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 직접 재구성하기 위해, 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이를 최소화하도록 작동가능한 프로세서를 포함하는 메트롤로지 장치가 제공된다.
또한, 본 발명은 제 1 실시형태의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 및 연계된 컴퓨터 프로그램 캐리어(computer program carrier)를 제공한다.
이제 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3a는 소정 조명 모드들을 제공하는 제 1 쌍의 조명 어퍼처(illumination aperture)들을 사용하는 본 발명의 실시예들에 따른 타겟들을 측정하는 데 사용하기 위한 다크 필드 측정 장치의 개략적인 다이어그램;
도 3b는 주어진 방향의 조명에 대한 타겟의 상세한 회절 스펙트럼을 개략적으로 도시하는 도면;
도 3c는 회절 기반 오버레이 측정들을 위해 측정 장치를 사용함에 있어서 또 다른 조명 모드들을 제공하는 제 2 쌍의 조명 어퍼처들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 3d는 회절 기반 오버레이 측정들을 위해 측정 장치를 사용함에 있어서 또 다른 조명 모드들을 제공하는 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 조명 어퍼처들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 4는 일 형태의 다수 주기적 구조체(예를 들어, 다수 격자) 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline)을 도시하는 도면;
도 5는 도 3의 장치에서 얻어진 도 4의 타겟의 이미지를 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 실시예들에 순응가능하고 도 3의 장치를 사용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 나타내는 흐름도;
도 7a 내지 도 7d는 0(zero)의 구역에서 상이한 오버레이 값들을 갖는 오버레이 주기적 구조체들(예를 들어, 격자들)의 개략적인 단면도들;
도 8은 이상적인 타겟 구조체에서의 오버레이 측정의 원리들을 예시하는 도면;
도 9는 타겟에 포함될 수 있는 상이한 층들을 나타내는 예시적인 스택;
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방법을 설명하는 흐름도; 및
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방법을 설명하는 흐름도이다.
실시예들을 상세히 설명하기에 앞서, 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 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 패터닝 디바이스 지지체 또는 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)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 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 지지체는 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 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
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.
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 잠겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 단지 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓인다는 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 시스템이라고 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 유지되는 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(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (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.
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 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 하나보다 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 검출할 수 있는 정렬 시스템의 일 실시예가 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) 상으로 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) 상으로 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) 상으로 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, 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 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층을 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, 상기 기판을 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.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 1 이상의 속성을 측정하도록 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 또 다른 기판이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 1 이상의 후속한 기판의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 (수율을 개선하도록) 벗겨져서(strip) 재작업(rework)되거나, 버려져서 결점이 있다고 알려진 기판에 노광을 수행하는 것을 회피할 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 양호한 타겟부들 상에만 또 다른 노광이 수행될 수 있다. 또 다른 가능성은 오차를 보상하도록 후속한 공정 단계의 세팅을 구성하는 것이며, 예를 들어 트림 에칭 단계(trim etch step)의 시간이 리소그래피 공정 단계로부터 발생하는 기판-대-기판 CD 변동을 보상하도록 조정될 수 있다.
검사 장치는 기판의 1 이상의 속성을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 1 이상의 속성이 층마다 및/또는 기판에 걸쳐 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 1 이상의 속성을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 노광되지 않은 레지스트의 부분 사이에 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재하고 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 측정들은 통상적으로 노광된 기판 상에서 수행되는 제 1 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광-후 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠상(semi-latent)이라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 - 의 측정들을 수행하는 것이 가능하고, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결점이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 예를 들어 공정 제어를 위해 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
종래의 스케터로미터에 의해 사용되는 타겟은 비교적 큰, 예를 들어 40㎛×40㎛ 주기적 구조체 레이아웃(예를 들어, 1 이상의 격자를 포함함)을 포함한다. 그 경우, 측정 빔은 흔히 주기적 구조체 레이아웃보다 작은 스폿 크기를 갖는다[즉, 주기적 구조체들 중 1 이상이 스폿에 의해 완전히 덮이지 않도록 레이아웃이 언더필링(underfill)됨]. 이는 무한한 것으로서 간주될 수 있기 때문에 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다. 하지만, 예를 들어 타겟이 스크라이브 레인 내에 있기보다는 제품 피처(product feature)들 사이에 위치될 수 있기 위해, 예를 들어 20㎛×20㎛ 이하까지, 또는 10㎛×10㎛ 이하까지 타겟의 크기가 감소되었다. 이 상황에서, 주기적 구조체 레이아웃은 측정 스폿보다 작게 구성될 수 있다[즉, 주기적 구조체 레이아웃이 오버필링(overfill)됨]. 통상적으로, 이러한 타겟은 (정반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고, 더 높은 차수들만이 처리되는 다크 필드 스케터로메트리를 이용하여 측정된다. 다크 필드 메트롤로지의 예시들은 PCT 특허 출원 공개공보 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있으며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 미국 특허 출원 공개공보 US2011-0027704, US2011-0043791, 및 US2012-0242970에서 설명되었으며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 회절 차수들의 다크-필드 검출을 이용한 회절-기반 오버레이(DBO 또는 μDBO)는 더 작은 타겟들에 대한 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 기판 상의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 일 실시예에서, 다수 타겟들이 하나의 이미지에서 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 기판 상의 타겟은 현상 이후에 바아(bar)들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트되는 1 이상의 1-D 주기적 격자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟은 현상 이후에 1 이상의 격자가 레지스트 내에서 솔리드 레지스트 필라(pillar)들 또는 비아(via)들로 형성되도록 프린트되는 1 이상의 2-D 주기적 격자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 바아들, 필라들 또는 비아들은 기판 안으로 에칭될 수 있다. 격자의 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PS)에서의 색수차(chromatic aberration)에 민감하며, 조명 대칭성 및 이러한 수차들의 존재가 프린트된 격자의 변동에서 드러날 것이다. 따라서, 프린트된 격자들의 측정된 데이터가 격자들을 재구성하는 데 사용될 수 있다. 프린팅 단계 및/또는 다른 측정 공정들의 정보로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 1-D 격자의 파라미터들, 또는 필라 또는 비아 폭 또는 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 파라미터들이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용하기에 적절한 다크 필드 메트롤로지 장치가 도 3a에 도시된다. 도 3b에는 (격자와 같은 주기적 구조체를 포함한) 타겟(T) 및 회절된 광선들이 더 상세히 예시된다. 다크 필드 메트롤로지 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서의 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광학 축선이 점선(O)으로 나타내어진다. 이 장치에서, 출력부(11)(예를 들어, 레이저 또는 제논 램프와 같은 소스 또는 소스에 연결된 개구부)에 의해 방출된 방사선이 렌즈들(12, 14) 및 대물렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 프리즘(15)을 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 이중 시퀀스(double sequence)로 배치된다. 상이한 렌즈 구성이 여전히 검출기 상에 기판 이미지를 제공하는 것을 전제로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈 구성은 공간-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다. 그러므로, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (켤레) 퓨필 평면이라고 칭하는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면 내의 공간 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 예를 들어 대물 렌즈 퓨필 평면의 배면-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(aperture plate: 13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지며, 상이한 조명 모드들이 선택되게 한다. 본 예시들에서의 조명 시스템은 오프-액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13N이 단지 설명을 위해 '북'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13S가 유사하지만 '남'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 사용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어두운데(dark), 이는 바람직한 조명 모드 외의 여하한의 불필요한 방사선이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 수 있기 때문이다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 타겟(T)이 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 실질적으로 수직인 기판(W)과 배치된다. 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 조명 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟(T)을 이용하면, 이 광선들은 메트로롤지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다. 플레이트(13) 내의 어퍼처가 (유용한 양의 방사선을 수용하는 데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선들(I)은 사실상 다양한 각도들을 차지할 것이고, 회절된 광선들(0 및 +1/-1)은 어느 정도 확산(spread out)될 것이다. 작은 타겟의 점확산 함수(point spread function)에 따르면, 각각의 차수 +1 및 -1은 나타낸 바와 같은 단일의 이상적인 광선이 아니라, 다양한 각도들에 걸쳐 더 확산될 것이다. 주기적 구조체 피치 및 조명 각도는, 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광학 축선과 밀접하게 정렬되도록 디자인되거나 조정될 수 있다는 것을 유의한다. 도 3a 및 도 3b에 예시된 광선들은 순전히 다이어그램에서 이들이 더 쉽게 구별될 수 있도록 어느 정도 축선을 벗어나 도시된다.
적어도 기판(W) 상의 타겟에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 프리즘(15)을 통해 다시 지향된다. 도 3a로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 입사 광선(I)이 광학 축선의 북쪽으로부터인 경우, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13N을 사용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 대조적으로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13S를 사용하여 적용되는 경우, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어가는 광선들이다. 따라서, 일 실시예에서는, -1차 및 +1차 회절 세기들을 따로따로 얻기 위해 소정 조건들 하에, 예를 들어 타겟을 회전시키거나 조명 모드를 변화시키거나 이미징 모드를 변화시킨 후 타겟을 두 번 측정함으로써 측정 결과들이 얻어진다. 주어진 타겟에 대해 이 세기들을 비교하는 것이 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공하고, 타겟에서의 비대칭이 리소그래피 공정의 파라미터, 예를 들어 오버레이 오차의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다. 앞서 설명된 상황에서는, 조명 모드가 변화된다.
빔 스플리터(17)가 회절된 빔들을 2 개의 측정 브랜치들로 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(18)이 0차 및 1차 회절 빔들을 이용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수가 센서 상의 상이한 지점을 타격하여, 이미지 처리가 차수들을 비교하고 대조할 수 있도록 한다. 센서(19)에 의해 포착된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고, 및/또는 1차 빔의 세기 측정들을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정을 위해 사용될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 상세히 설명되지 않는다.
제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 퓨필-평면에 대해 켤레인 평면에 어퍼처 스톱(aperture stop: 21)이 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지(DF)가 -1차 또는 +1차 빔으로부터 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되며, 이들의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 주기적 구조체 피처들(예를 들어, 격자 라인들)의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.
도 3에 나타낸 어퍼처 플레이트(13) 및 스톱(21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟들의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 방사선의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서, 1차 빔들 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
조명을 이 상이한 타입들의 측정에 순응가능하게 만들기 위해, 어퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 회전되어 제 자리에 원하는 패턴을 야기한다. 어퍼처 플레이트 13N 또는 13S는 한 방향으로(셋업에 의존하여 X 또는 Y) 방위지정되는 타겟의 주기적 구조체를 측정하기 위해 사용된다는 것을 유의한다. 직교 주기적 구조체의 측정을 위해서는, 90°및 270°에 걸친 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 상이한 어퍼처 플레이트들이 도 3c 및 도 3d에 도시된다. 도 3c는 2 개의 또 다른 타입의 오프-액시스 조명 모드를 예시한다. 도 3c의 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13E가 단지 설명을 위해 앞서 설명된 '북'에 대해 '동'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 도 3c의 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13W가 유사하지만 '서'로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 도 3d는 2 개의 또 다른 타입의 오프-액시스 조명 모드를 예시한다. 도 3d의 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13NW가 앞서 설명된 바와 같은 '북' 및 '서'로 지정된 방향들로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13SE가 유사하지만 앞서 설명된 바와 같은 '남' 및 '동'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은, 예를 들어 앞서 언급된 사전 공개된 특허 출원 공개공보들에서 설명된다.
도 4는 기판 상에 형성된 예시적인 복합 메트롤로지 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 주기적 구조체들(이 경우에는 격자들)(32, 33, 34, 35)을 포함한다. 일 실시예에서, 주기적 구조체들은 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 충분히 함께 밀접하게 위치된다. 그 경우, 4 개의 주기적 구조체들은 이에 따라 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서들(19 및 23) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 주기적 구조체들(32, 33, 34, 35)은 자체로 겹쳐진(overlying) 주기적 구조체들에 의해 형성된 복합 주기적 구조체들(예를 들어, 복합 격자들)이며, 즉 주기적 구조체들은 기판(W) 상에 형성되는 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되고, 하나의 층 내의 적어도 하나의 주기적 구조체가 상이한 층 내의 적어도 하나의 주기적 구조체와 겹치도록 한다. 이러한 타겟은 20㎛×20㎛ 또는 16㎛×16㎛ 내의 외측 치수들을 가질 수 있다. 또한, 모든 주기적 구조체들이 특정 쌍의 층들 간의 오버레이를 측정하는 데 사용된다. 타겟이 단일 쌍보다 많은 쌍의 층들을 측정할 수 있게 하기 위해, 주기적 구조체들(32, 33, 34, 35)은 상이하게 편향(bias)된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 주기적 구조체들의 상이한 부분들이 형성되는 상이한 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 기판 상의 타겟에 대한 주기적 구조체들이 모두 한 쌍의 층들을 측정하는 데 사용될 것이고, 기판 상의 또 다른 동일한 타겟에 대한 주기적 구조체들이 모두 또 다른 쌍의 층들을 측정하는 데 사용될 것이며, 상이한 편향이 층의 쌍들 간의 구별을 용이하게 한다. 오버레이 편향의 의미는 아래에서, 특히 도 7을 참조하여 설명될 것이다.
도 7a 내지 도 7c는 상이한 편향들을 갖는 각각의 타겟(T)들의 오버레이 주기적 구조체들(이 경우에는 격자들)의 개략적인 단면들을 나타낸다. 이들은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 기판(W) 상에서 사용될 수 있다. X 방향의 주기성을 갖는 주기적 구조체들은 단지 예시를 위해 도시된다. 상이한 편향들 및 상이한 방위들을 갖는 이 주기적 구조체들의 상이한 조합들이 제공될 수 있다.
도 7a에서 시작하면, L1 및 L2로 표시된 2 개의 층으로 형성된 복합 오버레이 타겟(600)이 도시된다. 하부 층(L1)에서, 기판(606) 상에 피처들(예를 들어, 라인들)(602) 및 공간들(604)에 의해 제 1 주기적 구조체(이 경우에는 격자)가 형성된다. L2 층에서, 피처들(예를 들어, 라인들)(608) 및 공간들(610)에 의해 제 2 주기적 구조체(이 경우에는 격자)가 형성된다. [단면은 피처들(602, 608)이 페이지 내로 연장되도록 그려진다]. 주기적 구조체 패턴은 두 층들 모두에서 피치(P)로 반복된다. 라인들(602 및 608)은 단지 예시를 위해 언급되며, 도트, 블록 및 비아 홀(via hole)과 같은 다른 타입들의 피처들이 사용될 수 있다. 도 7a에 도시된 상황에서는, 각각의 피처(608)가 하부 주기적 구조체의 피처(602) 위에 정확히 놓이도록 오버레이 오차 및 편향이 존재하지 않는다[이때, 측정은 "라인-온-라인(line-on-line)"임 - 일 실시예에서, 각각의 피처(608)가 공간(610) 위에 정확히 놓이고 측정이 "라인-온-트렌치(line-on-trench)"인 경우에 오버레이 오차가 발생하지 않을 수 있음].
도 7b에서, 상부 주기적 구조체의 피처들(608)이 하부 주기적 구조체의 피처들(602)에 대해 우측으로 거리 d만큼 시프트되도록(거리 d는 피치 P보다 작음) 편향 +d를 갖는 동일한 타겟이 도시된다. 즉, 피처들(608) 및 피처들(602)은 이들이 그 공칭 위치들에 정확히 프린트되는 경우에 피처들(608)이 피처들(602)에 대해 d 거리만큼 오프셋되도록 배치된다. 편향 거리(d)는 실제로는 수 나노미터, 예를 들어 10 nm 또는 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 피처들(602)에 대해 좌측으로 시프트되도록 편향 -d를 갖는 동일한 타겟이 도시된다. 도 7a 내지 도 7c에 도시된 이러한 타입의 편향된 타겟들 및 측정 시 이들의 사용은, 예를 들어 앞서 언급된 특허 출원 공개공보에서 설명된다.
또한, 앞서 언급된 바와 같이, 도 7a 내지 도 7c는 (+d 또는 -d의 작은 편향이 적용되거나 적용되지 않은) 피처들(602) 위에 놓인 피처들(608)을 도시하지만 -이는 0의 구역에서 편향을 갖는 "라인 온 라인(line on line)" 타겟이라고 칭해짐- , 타겟은 피치의 절반인 P/2의 프로그램된 편향을 가져, 상부 주기적 구조체의 각각의 피처(608)가 하부 주기적 구조체의 공간(604) 위에 놓이도록 할 수 있다. 이는 "라인 온 트렌치(line on trench)" 타겟이라고 칭해진다. 이 경우에도, +d 또는 -d의 작은 편향이 적용될 수 있다. "라인 온 라인" 타겟 또는 "라인 온 트렌치" 타겟 간의 선택은 적용에 의존한다.
도 4로 되돌아가면, 주기적 구조체들(32, 33, 34, 35)은 나타낸 바와 같이 입사 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키도록 그 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 주기적 구조체들(32 및 34)은 X-방향 주기적 구조체들이며, 각각 +d, -d의 편향들을 갖는다. 주기적 구조체들(33 및 35)은 Y-방향 주기적 구조체들일 수 있으며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 4 개의 주기적 구조체들이 예시되지만, 또 다른 실시예는 원하는 정확성을 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3 x 3 어레이의 9 개의 복합 주기적 구조체들이 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d 편향들을 가질 수 있다. 이 주기적 구조체들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다.
도 5는 도 3d로부터의 어퍼처 플레이트들(13NW 또는 13SE)을 사용하는 도 3의 장치에서 도 4의 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 센서(19)는 상이한 개별적인 주기적 구조체들(32 내지 35)을 분해할 수 없지만, 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 이 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)은 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이 안에서, 직사각형 영역들(42 내지 45)은 주기적 구조체들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 주기적 구조체들이 제품 영역들 내에 위치되는 경우, 제품 피처들도 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)가 주기적 구조체들(32 내지 35)의 개별 이미지들(42 내지 45)을 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이 이미지들을 처리한다. 이 방식으로, 이미지들은 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬되지 않아도 되며, 이는 전체적으로 측정 장치의 스루풋을 크게 개선한다.
일단 주기적 구조체들의 개별 이미지들이 식별되면, 그 개별적인 이미지들의 세기들은 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 합산하거나 평균함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기들 및/또는 다른 속성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하도록 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 일 예시이다.
도 6은, 예를 들어 PCT 특허 출원 공개공보 WO 2011/012624호에서 설명된 방법을 이용하여, 성분 주기적 구조체들(32 내지 35)을 포함한 두 층들 간의 오버레이 오차가 +1차 및 -1차 다크 필드 이미지들에서의 그 세기들을 비교함으로써 드러나는 바와 같은 주기적 구조체들의 비대칭을 통해 측정되는 방식을 예시한다. 단계 M1에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀을 통해 한 번 이상 처리되어, 주기적 구조체들(32 내지 35)을 포함한 타겟을 포함하는 구조체를 생성한다. M2에서, 도 3의 메트롤로지 장치를 이용하여, 주기적 구조체들(32 내지 35)의 이미지가 1차 회절 빔들 중 하나(가령 -1)를 이용하여 얻어진다. 일 실시예에서, 제 1 조명 모드(예를 들어, 어퍼처 플레이트 13NW를 사용하여 생성되는 조명 모드)가 사용된다. 그 후, 메트롤로지 장치의 시야에서 기판(W)을 180 °만큼 회전시킴으로써, 또는 조명 모드를 변화시키거나, 이미징 모드를 변화시킴으로써, 다른 1차 회절 빔(+1)을 이용하는 주기적 구조체들의 제 2 이미지가 얻어질 수 있다(단계 M3). 결과적으로, +1 회절 방사선은 제 2 이미지에서 포착된다. 일 실시예에서, 조명 모드는 변화되고, 제 2 조명 모드(예를 들어, 어퍼처 플레이트 13SE를 사용하여 생성되는 조명 모드)가 사용된다. 일 실시예에서, 0°및 180°기판 방위에서 측정을 수행함으로써 TIS(Tool Induced Shift)와 같은 툴-유도 결과(tool-induced artifacts)가 제거될 수 있다.
각각의 이미지에서 1차 회절 방사선 중 절반만을 포함함으로써, 본 명세서에서 언급되는 '이미지들'은 종래의 다크 필드 현미경 이미지들이 아니라는 것을 유의한다. 개별적인 주기적 구조체 피처들은 분해되지 않는다. 각각의 주기적 구조체가 소정 세기 레벨의 영역에 의해 간단히 표현될 것이다. 단계 M4에서, 관심 구역(ROI)이 각각의 성분 주기적 구조체의 이미지 내에서 식별되고, 이로부터 세기 레벨들이 측정될 것이다.
각각의 개별적인 주기적 구조체(32 내지 35)에 대한 관심 구역(P1, P2, P3, P4)이 식별되고 그 세기가 측정되면, 그 후 주기적 구조체의 비대칭 및 이에 따른, 예를 들어 오버레이 오차가 결정될 수 있다. 이는 이미지 프로세서 및 제어기(PU)에 의해 각각의 주기적 구조체(32 내지 35)에 대한 +1차 및 -1차에 대해 얻어지는 세기 값들을 비교하여, 이들의 세기의 여하한의 차이, 즉 비대칭을 식별함으로써 단계 M5에서 행해진다. "차이"라는 용어는 감산(subtraction)만을 칭하도록 의도되지 않는다. 차이들은 비율의 형태로 계산될 수 있다. 단계 M6에서, 다수의 주기적 구조체들에 대한 측정된 비대칭들은, 적용가능하다면 주기적 구조체들의 오버레이 편향들의 정보와 함께, 타겟(T) 부근에서 리소그래피 공정의 1 이상의 성능 파라미터를 계산하는 데 사용된다. 관심있는 성능 파라미터는 오버레이이다. 포커스 및/또는 도즈와 같은 리소그래피 공정의 다른 성능 파라미터들이 계산될 수 있다. 1 이상의 성능 파라미터는 리소그래피 공정의 개선을 위해 피드백되고, 도 6의 측정 및 계산 공정 자체를 개선하는 데 사용되며, 타겟(T)의 디자인을 개선하는 데 사용되는 등의 역할을 할 수 있다.
오버레이를 결정하는 일 실시예에서, 도 8은 오버레이 타겟을 형성하는 개별적인 주기적 구조체들 내에서 0 오프셋을 갖고 구조적 비대칭이 없는 '이상적인' 타겟에 대한 오버레이 오차(OV)와 측정된 비대칭(A) 사이의 관계를 나타내는 곡선(702)을 도시한다. 이 그래프들은 단지 오버레이를 결정하는 원리들을 설명하기 위한 것이며, 각각의 그래프에서 측정된 비대칭(A)과 오버레이 오차(OV)의 단위들은 임의적이다.
도 7a 내지 도 7c의 '이상적인' 상황에서, 곡선(702)은 측정된 비대칭(A)이 오버레이와 사인곡선적 관계(sinusoidal relationship)를 갖는다는 것을 나타낸다. 사인곡선적 변동의 주기(P)는 주기적 구조체들의 주기(피치)에 대응하며, 물론 적절한 스케일로 전환된다. 사인곡선적 형태는 이 예시에서 순수하지만, 실제 상황에서 고조파를 포함할 수 있다. 단순화를 위해, 이 예시에서는 (a) 타겟으로부터의 1차 회절 방사선만이 이미지 센서(23)(또는 주어진 실시예에서 그 균등물)에 도달하고, (b) 이 1차들 내에서 상부 및 하부 주기적 구조체들 간의 세기 및 오버레이 결과들 사이에 순수한 사인-관계가 존재하도록 실험적 타겟 디자인이 이루어진다고 가정된다. 실제로 이것이 사실인지 여부는 광학 시스템 디자인, 조명 방사선의 파장 및 주기적 구조체의 피치(P), 및 타겟의 디자인 및 스택의 함수이다.
앞서 언급된 바와 같이, 단일 측정에 의존하기보다는, 편향된 주기적 구조체들이 오버레이를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이 편향은, 측정된 신호에 대응하는 오버레이의 기판-상 캘리브레이션으로서 기능하는 패터닝 디바이스(예를 들어, 레티클)에서 정의되는 알려진 값을 갖는다. 도면에서, 계산은 그래픽으로 도시된다. 도 6의 단계 M1 내지 단계 M5에서, (예를 들어, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이) 편향들 +d 및 -d를 각각 갖는 성분 주기적 구조체들에 대해 비대칭 측정들 A(+d) 및 A(-d)이 얻어진다. 이 측정들을 사인곡선적 곡선에 피팅(fit)하는 것은 나타낸 바와 같이 지점들(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 스케일은 처음부터 알려지는 것이 아니라, 오버레이 비례 상수(K)라고 부를 수 있는 알려지지 않은 인자이다.
수학식에서, 오버레이와 측정된 비대칭(A) 간의 관계는 다음과 같이 가정될 수 있다:
Figure pct00001
(1)
여기서, OV는 주기적 구조체 피치(P)가 2π 라디안 각도에 대응하도록 스케일로 표현된다. 상이한 알려진 편향들을 갖는 주기적 구조체들의 두 측정들을 이용하여 A의 두 값들에 도달하면, 2 개의 수학식을 풀어 알려지지 않은 인자(K) 및 오버레이(OV)를 계산할 수 있다.
이 측정 기술들은 (일단 캘리브레이션되면) 빠르고 비교적 연산이 간단하지만, 이들은 오버레이/측면 시프트(lateral shift)가 비대칭의 유일한 원인이라는 가정에 의존한다. 즉, 이는 예를 들어 타겟에 구조적 비대칭이 없는 '이상적인' 상황을 가정한다. 또한, 겹쳐진 주기적 구조체들 중 하나 또는 둘 모두에서의 피처들의 비대칭과 같은 스택 내의 여하한의 구조적 비대칭이 오버레이/측면 시프트 외에 1차에서의 비대칭을 야기한다. 오버레이와 관련이 없는 이 구조적 비대칭이 측정을 분명히 교란(perturb)하여, 부정확한 결과를 제공한다.
구조적 비대칭의 일 예시로서, 타겟의 주기적 구조체들 중 1 이상이 구조적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 타겟의 주기적 구조체 피처들(예를 들어, 격자 라인들)의 1 이상의 측벽이 의도된 바와 같이 수직이 아닐 수 있다. 또 다른 예시로서, 타겟의 주기적 구조체 피처들 간의 1 이상의 공간(예를 들어, 트렌치들의 격자 공간들)이 의도된 것보다 더 크거나 작을 수 있다. 또한, 타겟의 주기적 구조체의 1 이상의 피처(예를 들어, 격자 라인들)가 의도된 것보다 더 작거나 큰 폭을 가질 수 있다. 추가적으로, 의도된 것으로부터의 차이가 타겟의 1 이상의 주기적 구조체에 대해 균일한 경우에도, 의도된 것으로부터의 그 차이가 타겟의 1 이상의 다른 주기적 구조체에 대한 것과 동일하지 않을 수 있다. 복합 타겟의 하부 주기적 구조체에서의 구조적 비대칭이 구조적 비대칭의 일반적인 형태이다. 이는, 예를 들어 하부 주기적 구조체가 원래 형성된 후에 수행되는 화학-기계적 연마(CMP)와 같은 기판 처리 단계들에서 비롯될 수 있다.
도 7d를 참조하면, 하부 주기적 구조체의 구조적 비대칭의 일 예시가 개략적으로 도시된다. 도 7a 내지 도 7c의 주기적 구조체들에서의 피처들 및 공간들은 완벽히 직각 측면(square-sided)인 것으로 도시되지만, 이 경우 실제 피처 및 공간은 표면 상에서 약간의 경사 및 소정 거칠기를 가질 것이다. 그럼에도 불구하고, 이들은 적어도 프로파일에서 대칭이도록 의도된다. 하부 주기적 구조체에서의 도 7d의 피처들(602) 및/또는 공간들(604)은 더 이상 전혀 대칭적 형태를 갖지 않고, 오히려 예를 들어 1 이상의 처리 단계에 의해 왜곡되게 되었다. 따라서, 예를 들어 각각의 공간(604)의 저면이 기울어지게 되었다. 피처들 및 공간들의 측벽 각도들도 비대칭이 되었다. 단지 2 개의 편향된 주기적 구조체들을 이용하여 도 6의 방법에 의해 오버레이가 측정되는 경우, 구조적 비대칭은 오버레이와 구별될 수 없고, 결과로서 오버레이 측정들이 신뢰할 수 없게 된다.
따라서, 측정의 정확성(예를 들어, 타겟이 정렬을 위해 사용되는 정렬의 측정, 타겟이 오버레이 측정을 위해 사용되는 오버레이의 측정 등)이 타겟의 1 이상의 주기적 구조체(예를 들어, 격자)의 비대칭 구조적 변형에 의해 상당히 감소될 수 있다. 구조적 비대칭으로부터 발생하는 측정 오차들은, 예를 들어 타겟의 단면들 또는 수율(즉, 타겟이 정확한지를 결정하기 위한 처리된 디바이스들의 평가)에 기초하는 타겟들을 생성 또는 측정하는 공정의 변화들(예를 들어, 공정 오프셋들)로 보정될 수 있다. 하지만, 이 방법들은 파괴적일 수 있다. 이들은 단지 일정한 비대칭-유도 공정 오차를 보정하는 데 효과적일 수 있다. 하지만, 타겟의 구조적 비대칭의 변동이 단면 또는 수율 측정에 의해 효과적으로 해결되지 않는다. 따라서, 예를 들어 이들 또는 다른 제한들 중 1 이상을 극복하는 구조적 비대칭을 평가 및 보정하는 견고한 해결책이 요구된다.
그러므로, 개선된 방식으로 오버레이 및 다른 효과들에 의해 야기되는, 특히 실제 지오메트리가 정량화되게 하는 측정된 타겟 비대칭에 대한 기여들을 구별하는 것이 바람직하다. 이러한 것으로서, 오버레이 측정에 대한 비대칭의 영향을 단순히 측정하고 이를 보정하기보다는, 본 발명은 완전한 각도-분해 재구성을 필요로 하지 않고 타겟의 실제 형상(및 이에 따른 실제 비대칭들)이 측정될 수 있게 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 방법은 "진정한 오버레이(true overlay)", 즉 격자들의 기하학적 구조적 비대칭의 영향이 없는 오버레이가 다크-필드 측정들로부터 직접 재구성될 수 있게 한다. 이는 WO2016083076에 설명된 바와 같은 방법들을 이용하여 결정되는 오버레이와 대조적이며, 여기서는 세기 비대칭 측정(이는 구조적 비대칭으로 인한 기여들을 포함함)이 수행된 후 구조적 비대칭의 영향을 정량화하고 오버레이 측정들로부터 제거함으로써 이 기여들에 대해 보정된다. 본 명세서에 설명된 방법들은 진정한 오버레이 및 상부 및 하부 격자의 기하학적 비대칭 파라미터들 중 1 이상의 동시 재구성을 가능하게 한다. 이는 기본적으로 진정한 오버레이가 추산될 수 있는 정밀도와 정확성을 개선한다. 또한, 진정한 오버레이를 직접 재구성하는 능력은 제조 공정 및 생산 수율을 둘 다 개선하는 데 크게 도움이 될 수 있다.
구조적 비대칭을 반드시 유도하지는 않는 다양한 공정 파라미터들의 다른 변동들이 타겟에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이러한 공정 파라미터들은 (예를 들어, 디바이스 층 또는 레지스트 층, 에칭 깊이의) 층 높이/두께, 임계 치수(CD) 또는 (디바이스 층 또는 레지스트 층의) 굴절률을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층 높이들(즉, 층 두께들)을 측정하는 능력은 제조 동안 공정 제어를 개선할 수 있다. 또한, 층 높이들의 정확한 측정이 다른 관심 파라미터들(예를 들어, 오버레이)을 측정하기 위한 더 견고한 레시피 선택을 가능하게 할 수 있다. 현재, 층 두께들은 (격자들이 존재하지 않는) 다중 박막 타겟들을 사용하여 광학적으로 추산된다. 하지만, 이는 기판 상의 귀중한 추가 영역 및 측정들을 수행하기 위한 추가 시간을 필요로 한다.
그러므로, 제안된 측정 기술은 타겟으로부터 회절되는 고차 방사선을 이용하여 타겟의 측정 및 재구성을 수행하는 단계를 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 측정은 퓨필 평면 또는 이미지 평면에서 수행될 수 있으며, 이미지 평면은 타겟의 이미지가 형성되는 평면이다. 퓨필 평면에서의 측정은 본 실시예들에서 측정들이 다수 층 타겟들에서 수행되는 것을 제외하고, 현재의 CD 재구성 기술들과 많은 유사성들을 공유한다. 하지만, 현재의 CD 재구성 기술들은 본 명세서에서 설명된 (예를 들어) 오버레이 타겟들보다 큰 피치를 갖는 격자들에서 수행된다. 이 더 큰 피치로 인해, 통상적으로 0차 (정반사) 방사선을 포착하는 것만이 가능하다. 하지만, 더 작은 오버레이 타겟들에서 본 명세서에 설명된 기술들을 이용하여, 파장-대-피치 비(이는 회절 각도들을 결정함)는 더 높은 차수들(적어도 +1차/-1차 및 가능하게는 추가적으로 다른 더 높은 차수들)을 포착하는 것이 가능하도록 이루어진다. 오버레이 타겟들은 기판 평면의 어느 치수(예를 들어, X 또는 Y)에서든 20 ㎛ 이하 또는 10 ㎛ 이하일 수 있다. (0차에 추가하여) 더 높은 차수들을 이용하여 재구성을 수행하는 것은, 측정이 파라미터 변화들에 대해 증가된 민감도를 갖고, 이에 따라 더 많은 수의 파라미터들[및 구체적으로 부동 파라미터(floated parameter)들]을 갖는 더 복잡한 모델이 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 하지만, 이는 더 큰 이점들을 가져오는 (앞서 설명된 바와 같은 회절 기반 오버레이와 같은 다크 필드 메트롤로지 기술들과 유사한 방식으로의) 이미지 평면에서의 측정이다. 그러므로, 이러한 것으로 제한되지는 않고, 본 발명은 주로 이미지 평면 측정들 및 기술들을 설명할 것이다.
스택 지오메트리의 모델링을 가능하게 하는 재구성 기술이 설명된다. 이러한 스택 지오메트리는, 예를 들어 기판 상의 상이한 층들에 2 개의 격자를 포함하는 타겟의 지오메트리를 포함할 수 있다. 특히, 타겟들은 제 1 주기적 구조체가 그 성분 격자들 간의 상대 위치에서 제 1 오프셋(예를 들어, +d)을 포함하고 제 2 주기적 구조체가 그 성분 격자들 간의 상대 위치에서 제 2 오프셋(예를 들어, -d)을 포함하는 적어도 한 쌍의 주기적 구조체들을 포함하는 도 4 및 도 6b 내지 6d에 예시된 형태일 수 있다. 제안된 재구성 기술은 오버레이 이외의 기하학적 파라미터들에 대한 값들이 발견될 수 있게 할 것이다. 이러한 기하학적 파라미터들은 타겟의(즉, 타겟 스택에서의) 1 이상의 층 높이를 포함할 수 있다. 이러한 방법에 의해 층 높이들이 결정될 수 있는 층들은 타겟 격자들을 포함하는 층들만을 포함하고, 및/또는 이보다 더 많을 수 있다. 층 높이들이 측정될 수 있는 격자들 사이의 추가적인 개재 층들 및/또는 타겟 위 및/또는 아래의 추가적인 층들이 존재할 수 있다. 이 층들은 타겟의 일부인 것으로 간주된다.
도 9는 스택 내에 존재할 수 있는 상이한 층들을 나타내는 예시적인 오버레이 타겟을 도시한다. 층(900)은 타겟이 형성되는 실제 기판이다. 층(910)은 [예를 들어, 폴리실리콘 "라인들"(910a) 및 층간 유전체(ILD) "공간들"(910b)을 포함하는] 하부 격자 층이다. 층들(920 내지 980)은 (이 특정 예시에서) ILD 층(920), 실리콘 탄화물 층(930), 티타늄 질화물 층(940), 산화물 층들(950, 970), 탄소 층(960) 및 BARC(하부 반사방지 코팅) 층(980)을 포함할 수 있는 개재 층들이다. 마지막으로, 층(990)은 (레지스트 내의) 상부 격자 층을 포함한다. 본 명세서에 설명된 방법들은 이 층들의 일부 또는 전부에 대한 층 높이들이 결정될 수 있게 하고, 특히 이 층 높이들 각각이 단일 재구성에서 부동 파라미터들이 되게 함으로써 가능하다.
본 명세서에 설명된 방법들을 이용하여 결정될 수 있는 다른 기하학적 파라미터들은, 예를 들어 상부 격자 및/또는 하부 격자 중 어느 하나 또는 둘 모두의 경우에 임계 치수들(예를 들어, CD-중간), 바닥 경사, 상부 경사 및 측벽 각도(SWA) - 좌 및/또는 우 - 를 포함한다. 본 명세서의 방법들을 이용하여 결정될 수 있는 많은 기하학적 파라미터는 구조적 비대칭 파라미터들(예를 들어, 바닥 경사, 상부 경사 및 좌우 벽들 사이의 SWA 차이)이며, 이는 다크-필드 기술들을 이용한 오버레이 측정들에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 명세서에 설명된 방법들은 구조적 비대칭의 영향이 없는 오버레이의 측정 및 추가적으로, 예를 들어 품질 제어에 사용될 수도 있는 이 실제 구조적 비대칭 파라미터들의 일부 또는 전부를 허용한다.
도 10은 이러한 방법을 설명하는 흐름도이다. 단계 1000에서, 타겟의 측정된 응답(측정 데이터)을 얻기 위해 구조체의 측정이 수행된다. 구조체는 겹쳐진 격자들 및 상이한 편향들(예를 들어, +d 및 -d)의 적어도 2 개의 주기적 구조체들을 갖는, 설명된 바와 같은 타겟을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 측정은 이미지 평면에서 필드 측정으로서 수행되지만, 퓨필 측정도 본 발명의 범위 내에서 가능하다.
단계 1010에서, 설명된 바와 같은 타겟의 기하학적 파라미터들을 포함하는 다수의 파라미터들에 관하여 타겟의 파라미터화된 모델을 정의하는 '모델 레시피'가 확립된다. 모델 레시피는 추가적으로 사용되는 측정 방사선의 파라미터들과 같은 다른 "측정 파라미터들"을 포함할 수 있으며, 이들도 타겟 응답에 영향을 줄 것이다. 또한, 타겟 재료 및 아래놓인 층들의 속성들이 (스케터로메트리 방사선 빔에 존재하는 특정 파장에서의) 굴절률 및 분산 모델들과 같은 파라미터들에 의해 표현된다.
타겟은 그 형상 및 재료 속성들을 설명하는 수십 개의 파라미터들에 의해 정의될 수 있지만, 모델 레시피는 이들 중 다수를 고정된 값들을 갖도록 정의할 수 있는 한편, 다른 것들은 본 발명의 목적을 위해 가변 또는 '부동' 파라미터들이어야 한다. 이 부동 파라미터들은 값들이 요구되는 많은 기하학적 파라미터(예를 들어, 오버레이 CD, SWA 및 경사), 및 가능하게는 고정될 수 없으므로 해결되어야 하지만 재구성을 넘어 거의 관심이 없는 다른 파라미터들 - 때로는 성가신 파라미터들이라고도 함 - 을 포함할 수 있다. 더 아래에서, 고정 및 부동 파라미터들 사이의 선택이 수행될 수 있는 공정이 설명된다. 다른 파라미터들은 완전히 독립적인 부동 파라미터들이 아닌 제한된 범위 내에서만 변동하도록 허용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 재구성 방법들에서, 다수의 파라미터들이 여전히 부동 관심 파라미터들에 대한 우수한 추산들을 제공면서 공칭 값들에서 고정 및/또는 부동일 수 있다는 것이 주목된다.
단계 1020에서, 예를 들어 RCWA와 같은 엄격한 광학 회절 방법 또는 맥스웰(Maxwell) 방정식의 여하한의 다른 솔버(solver)를 이용하여 모델 레시피에 의해 정의된 타겟의 산란 속성들을 시뮬레이션함으로써 타겟의 모델링된 응답(시뮬레이션된 데이터)이 얻어진다. 벡터 또는 스칼라 모델들을 포함하는 여하한의 적절한 스케터로메트리 모델이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 점확산 함수(PSF) 모델이 사용될 수 있다. PSF 모델들은 광학 경로를 모델링해야 하거나 그래픽 처리 장치를 필요로 하지 않고 비교적 빠르고 간단하다는 이점을 갖는다. PSF 모델은 이미지 평면에서 픽셀 당 세기를 시뮬레이션하지 않는다는 것을 유의할 수 있다. 대신에, 모델은 파시발 정리(Parseval's theorem)(에너지 보존)를 사용하여 퓨필 평면에서의 세기들을 기준으로 이미지 평면에서의 평균 세기를 연산한다. 이미지 평면에서의 평균(그레이 레벨) 세기는 파장 의존적 CCD 통합 시간을 설명함으로써 얻어질 수 있으며, 여기에 μDBO 카메라 잡음이 (선택적으로) 추가될 수도 있다.
생성될 시뮬레이션된 평균 세기들의 총 수는 측정 방사선 특성들(예를 들어, 파장들 및 편광들)의 수, 포착된 회절 차수들의 수 및 타겟 편향들의 수의 곱(product)을 포함할 수 있다. 예시에 의해, 측정 방사선이 7 개의 파장들 및 2 개의 편광들로 구성되고 2 개의 포착된 차수들(+1 및 -1) 및 2 개의 편향들(+d 및 -d)이 존재하는 예시에서, 세기들의 수(세기 벡터의 길이)는 7x2x2x2=56일 것이다.
단계 1030에서, 측정된 응답과 모델링된 응답 사이의 차이를 최소화하는 목적 함수가 고안된다. 그 후, 이 목적 함수는 부동 파라미터들에 관하여 최소화된다(단계 1040). 최소화는 반복적일 수 있다(즉, 원하는 정확성으로 해결책에 수렴될 때까지 다수의 반복에서 업데이트된 모델링된 응답을 얻기 위해 1 이상의 부동 파라미터를 변동시키고 단계 1020을 반복함). 대안적으로 또는 추가적으로, 이 단계는 측정된 응답과의 비교를 위해 모델링된 응답들의 앞서 모델링된 라이브러리의 결과들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 개략적인 파라미터 세트에 대한 라이브러리 검색이 초기에 수행되고, 타겟의 파라미터들을 원하는 정확성으로 보고하기 위해 더 정확한 파라미터 세트를 결정하도록 목적 함수를 이용한 1 이상의 반복이 수행될 수 있다.
목적 함수는 여하한의 세기 기반 메트릭에 기초할 수 있고, 이는 예를 들어:
● ⅰ) 스케일링된 이미지 세기 비대칭;
● ⅱ) 스택 민감도; 또는
● ⅲ) 원시 평균 ROI 이미지 세기를 포함할 수 있다.
위의 예시들 ⅰ), ⅱ) 및 ⅲ) 각각은 몇몇 적용들에 대해 다른 적용들에 대한 것보다 더 우수한 결과들을 나타낸다. 예를 들어, 스택 민감도 기반 목적 함수는, 특히 비대칭 파라미터들이 부동이 아닌 경우에 웨이퍼 스택에서 층 높이들을 재구성하는 데 더 적절할 수 있다. 반면에, 스케일링된 이미지 세기 비대칭 기반 목적 함수의 사용은 기계 캘리브레이션 오차들의 존재 시 기하학적 형상 비대칭들을 재구성하는 경우에 바람직할 수 있다. 예시들 ⅰ) 및 ⅱ)은 둘 다 자기-캘리브레이션되므로 모델 캘리브레이션을 필요로 하지 않는다. 원시 평균 ROI 이미지 세기 기반 목적 함수는, 예를 들어 단지 단일 파장 및 편광의 측정 방사선을 사용함으로써, 관심 파라미터들을 얻는 데 필요한 측정 데이터의 양을 최소화하는 것이 바람직한 경우에 가장 유용하다. 원시 평균 ROI 이미지 세기들이 사용되는 경우, 하나보다 많은 파장/편광이 사용된다면 모델 캘리브레이션이 필요할 것이다.
스케일링된 이미지 세기 비대칭들 A(+d)scaled, A(-d)scaled은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00002
Figure pct00003
여기서, 각각의 I 항은 편향을 나타내는 각각의 아래첨자 및 회절 차수를 나타내는 각각의 위첨자를 갖는 회절 차수의 측정된 세기이며,
Figure pct00004
는 +d 편향된 격자로부터의 +1차 회절의 측정된 세기이다.
원시 평균 ROI 이미지 세기(S)는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00005
스택 민감도(SS)(또한 신호 콘트라스트)는 타겟(예를 들어, 격자) 층들 사이의 회절로 인해 오버레이가 변화함에 따라 신호의 세기가 얼마나 변화하는지의 측정으로서 이해될 수 있다. 즉, 오버레이와 관련하여, 이는 오버레이 타겟의 상부 및 하부 격자들 사이의 콘트라스트를 설명하고, 따라서 상부 및 하부 격자들 사이의 회절 효율들 간의 균형을 나타낸다. 따라서, 이는 측정 민감도의 예시적인 척도이다. 이는 평균 세기(S)에 대한 오버레이 비례 상수(K)의 비로서 계산될 수 있다:
Figure pct00006
여기서:
Figure pct00007
각각의 경우에, 목적 함수는 다음의 형태를 취할 수 있다:
Figure pct00008
여기서, C prior는 베이지안 사전 분산들을 갖는 대각선 행렬이고(분산들은 대략 10으로 크게 설정될 수 있음), I f는 실험적 세기 메트릭 값들(예를 들어, μDBO 세기 값들, 스케일링된 비대칭들 또는 스택 민감도들)의 세트이며, M f는 모델링된 세기 메트릭 값들의 세트이고, μ는 공칭 파라미터 값들이며, (선택적으로) C F는 카메라 잡음에 기초하는 잡음 매트릭스이다.
앞서 언급된 바와 같이, 스케일링된 세기 비대칭 기반 재구성은 기하학적 형상 비대칭들을 재구성하는 데 바람직할 수 있는 한편, 스택 민감도 기반 재구성은 (기하학적 형상 비대칭들을 재구성하지 않고) 층 높이들을 재구성하는 데 바람직할 수 있다. 결과적으로, 일 실시예에서, 2-단계 재구성이 수행될 수 있다. 제 1 단계에서는, 층 높이들만이 재구성되고(부동 파라미터들), 다른 파라미터들은 고정된다. 이 제 1 단계는 스택 민감도 기반 목적 함수를 사용하여 수행된다. 제 2 단계에서, 결정된 층 높이들은 스케일링된 세기 비대칭 목적 함수를 사용하는 기하학적 형상 비대칭들(예를 들어, 바닥/상부 경사, SWA, 오버레이) 및 선택적으로 CD 메트릭에 대한 제 2 재구성에서 고정된 파라미터들로서 피드포워드된다. 특정 실시예에서, 제 1 단계로부터의 결정된 층 높이들은 기판에 걸친 층 높이들의 변동을 설명하는 스택 높이 변동 맵을 예측하는 데 사용될 수 있다. 그 후, 이 스택 높이 변동 맵은 제 2 단계 재구성에서 층 높이들을 고정하는 데 사용될 수 있다. 이는 (도 3a에 예시된 바와 같은) 기존 메트롤로지 디바이스들을 사용하여, 및 이러한 μDBO 측정들이 통상적으로 기존 μDBO 기술들을 이용하여 오버레이를 측정하는 여하한의 경우에 수행됨에 따라 추가적인 측정 비용 없이, 예를 들어 (다른 기하학적 형상 비대칭들의 영향이 없는) 오버레이 오차 및 층 높이들을 포함하는 모든 관심 파라미터들의 전체 재구성이 수행될 수 있게 한다.
또한, 일 실시예에서, 재구성 최적화 단계를 갖는 것이 더 제안된다. 이러한 단계는 어느 파라미터들이 고정되어야 하고 어느 것이 설명된 바와 같이 재구성에서 부동일 수 있는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 도 11은 이러한 방법을 설명하는 흐름도이다. 단계 1100에서, 각각의 재구성 파라미터에 대한 목적 함수의 미분계수가 파라미터 도메인 내의 상이한 샘플링 위치들에서 발견된다. 결과적인 미분 행렬(derivative matrix)의 조건부(conditionality)가 단계 1110에서 결정된다. 또한, 파라미터들의 상이한 그룹들 사이의 각도가 결정된다. 단계 1120에서, 조건부 및/또는 각도들은 재구성 파라미터들의 여하한의 쌍들(또는 더 큰 그룹들)이 높은 상관관계가 있는지(예를 들어, 높은 다중공선성 정도를 나타내는지)를 식별하기 위해 사용된다. 단계 1130에서, 얻어진 미분계수들은 목적 함수에서 큰 변화를 야기하지 않는 재구성 파라미터들을 식별하는 데 사용될 수 있다. 단계 1140에서, 어느 파라미터들이 고정되어야 하는지가 결정된다. 이들은 단계 1130에서 목적 함수에서 큰 변화를 야기하지 않는 것으로 결정된 것들, 및 단계 1120에서 식별된 여하한의 상관된 쌍/그룹의 상대적으로 덜 중요한 파라미터(들)를 포함할 수 있다. 단계 1120 내지 단계 1140은 특정 파라미터 또는 파라미터들에 대한 미분 행렬의 조건부 및 각도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 미분 행렬이 특정 파라미터에 대해 [예를 들어, 임계치 조건수(threshold condition number)에 기초하여] 나쁜 조건인 것으로 결정되거나, 또는 파라미터가 다른 파라미터들과 공선적인 경우, 그 파라미터는 고정될 수 있다. 높은 조건수와 관련된 파라미터들 중 둘 이상이 설명되는 분산의 비율이 높은 경우, 이는 높은 상관관계를 나타낼 수 있다. 좋은 조건의 파라미터들이 재구성에서 부동이도록 선택될 수 있다. 단계 1150에서, 얻어진 미분계수들은 베이지안 사전분포를 부동 파라미터들에 연결하는 데 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 측정 레시피 선택이 최적화될 수 있다. 이러한 실시예에서, 층 두께들은 설명된 바와 같은 재구성에 의해 결정될 수 있고, 그 후 스택 높이 변동 맵은 스윙 곡선들을 통해 견고한 오버레이를 위한 가장 적절한 파장/편광 조합을 발견하는 데 사용될 수 있다. 스윙 곡선은 (예를 들어) 오버레이 비례(K) 또는 스택 민감도와 같은 세기 파라미터의 스펙트럼 시퀀스(예를 들어, 파장을 통한 변동)를 통해 피팅되는 곡선일 수 있다. 이해하는 바와 같이, 데이터만이 처리될 수 있으므로 그래프가 생성될 필요가 없다. 측정 레시피 선택은, 예를 들어 스택 민감도를 최적화하기 위해 이러한 스윙 곡선들에 기초하여 이루어질 수 있다. 스윙 곡선은 층 두께의 변화들의 함수로서 변화한다. 오버레이 측정을 위해 파장/편광 조합을 선택할 때 층 두께 변동이 고려되지 않는 경우, 설명되지 않은 두께 변동들은 스택이 선택된 레시피에 대해 오버레이 변화에 불충분히 민감하게 할 수 있는데, 이는 스윙 곡선 상의 올바르지 않은 위치가 잘못 선택될 수 있기 때문이다. 그 경우, 측정된 오버레이는 정밀하지도 정확하지도 않을 것이다. 재구성된 스택 높이 변동 맵을 사용함으로써, 올바른 스윙 곡선이 생성될 수 있다. 그 후, 파장/편광 레시피는 두께 변동들에도 불구하고 오버레이에 대한 민감도가 최적이도록 이 올바른 스윙 곡선을 기반으로 견고하고 올바른 위치에서 선택될 수 있다.
요약하면, 기판 상의 상이한 층들의 스택 높이들을 추산하기 위해 겹치는 격자들을 사용함으로써, 층 높이들을 광학적으로 추산하기 위한 (격자들이 존재하지 않는) 다중 박막들의 사용을 피하는 것이 가능하다. 또한, 이는 이러한 다중 박막 타겟들에 의해 귀중한 기판 영역이 사용되지 않는다는 것을 의미한다. 스택의 추산된 층 높이들에 대한 지식이 제조 동안 공정 제어를 개선하는 데 도움이 될 수 있다.
스택 높이들, (기하학적 비대칭 효과들이 없는) 진정한 오버레이, 및 실제 기하학적 형상 비대칭들에 대한 값들의 추산을 허용하기 위해 기존의 많은 메트롤로지 시스템에 하드웨어 변경들이 구현될 필요가 없다. 이는 기본적으로 진정한 오버레이가 추산될 수 있는 정밀도와 정확성을 개선한다. 진정한 오버레이를 측정하는 능력은 제조 공정 및 수율을 둘 다 개선하는 데 크게 도움이 될 수 있다.
비대칭 파라미터들의 재구성은 격자의 임계 치수, 측벽 각도 및 경사의 추산을 제공할 것이다. 또한, 이 파라미터들은 제조 시 다양한 처리 단계들(에칭, 현상, CMP)의 정확성에 대한 매우 중요한 통찰력을 제공할 수 있다. 재구성에 필요한 이미지 평면 응답이 이미 오버레이를 계산하기 위해 측정되었기 때문에, 이들은 모두 '무료로(for free)' 효과적으로 얻어진다.
본 명세서에 설명된 방법들은 이미지 평면 응답에서 ROI 내의 모든 픽셀들의 평균 세기를 이용하기 때문에, 목적 함수의 신호-대-잡음비는 매우 높다. 그러므로, 재구성 알고리즘은 많은 파라미터들이 부동적인 경우에 잡음의 영향을 크게 받지 않는다. 이는 제한된 측정 데이터로 많은 파라미터들이 추산될 수 있다는 것을 의미한다.
타겟을 사용하여 수행되는 이 측정들은 당연히, 예를 들어 리소그래피 공정에 의해 디바이스들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 또한, 타겟을 사용하여 수행되는 측정들을 보정하는 데 사용되는 것 외에, 타겟의 비대칭 변형의 측정은 타겟의 (재-)디자인에서 사용될 수 있고(예를 들어, 디자인의 레이아웃의 변경), 타겟을 형성하는 공정에서 사용될 수 있고(예를 들어, 재료의 변경, 프린팅 단계들 또는 조건들의 변경 등), 측정 조건들의 공식화에 사용될 수 있고(예를 들어, 측정 빔의 파장, 편광, 조명 모드 등에 관하여 광학 측정 공식화의 변경), 그 외에도 여러가지가 있다.
본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 항목들에서 더 설명된다:
1. 메트롤로지 방법에 있어서,
리소그래피 공정에 의해 기판 상에 적어도 2 개의 층들로 형성된 타겟의 측정에 관한 측정 데이터를 얻는 단계 -상기 측정 데이터는 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들로부터 도출됨- ;
타겟의 기하학적 파라미터들에 관하여 정의된 바와 같은 타겟의 측정의 시뮬레이션에 관한 시뮬레이션 데이터를 얻는 단계 -상기 기하학적 파라미터들은 1 이상의 가변 기하학적 파라미터를 포함함- ; 및
상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 직접 재구성하기 위해, 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이를 최소화하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
2. 1 항에 있어서, 상기 측정 데이터는 이미지 평면에서, 상기 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들이 검출되는 다크-필드 측정으로부터 도출되는 타겟의 측정에 관한 메트롤로지 방법.
3. 2 항에 있어서, 상기 최소화하는 단계는 검출된 비-0차 회절들의 세기 메트릭에 관하여 측정 데이터와 시뮬레이션 간의 차이를 최소화하도록 수행되는 메트롤로지 방법.
4. 3 항에 있어서, 상기 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터는 각각 복수의 세기 값들을 포함하고, 이는 비-0차 회절, 측정 방사선 특성, 및/또는 상기 타겟에 포함되는 부과된 타겟 편향의 각각의 조합에 대한 것이며, 상기 세기 메트릭은 상기 세기 값들로부터 도출되는 메트롤로지 방법.
5. 3 항 또는 4 항에 있어서, 상기 세기 메트릭은 스케일링된 이미지 세기 비대칭을 포함하고, 각각의 스케일링된 이미지 세기 비대칭 측정은 그 평균 세기에 의해 스케일링되는 비-0차 회절들의 대응하는 쌍들 간의 세기 차이를 포함하는 메트롤로지 방법.
6. 3 항 또는 4 항에 있어서, 상기 세기 메트릭은 스택 민감도를 포함하고, 스택 민감도는 측정 이미지 내의 관심 구역들의 세기들의 평균에 대한 오버레이 비례 상수의 비인 메트롤로지 방법.
7. 3 항 또는 4 항에 있어서, 상기 세기 메트릭은 평균 세기를 포함하고, 이는 측정 이미지 내의 관심 구역들의 세기들의 평균인 메트롤로지 방법.
8. 1 항에 있어서, 상기 측정 데이터는 상기 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들이 퓨필 평면에서 검출되는 퓨필-평면 측정으로부터 도출되는 타겟의 측정에 관한 메트롤로지 방법.
9. 1 항 내지 8 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 타겟 내에 포함되는 층의 적어도 하나의 층 높이를 포함하는 메트롤로지 방법.
10. 9 항에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 타겟 내에 포함되는 상이한 층들의 복수의 층 높이들을 포함하고, 최소화 단계는 상기 복수의 층 높이들에 대한 값들을 동시에 재구성하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
11. 9 항 또는 10 항에 있어서, 상기 최소화 단계에서 결정된 바와 같은 적어도 하나의 층 높이를 갖는 타겟에 대한 측정 방사선의 파장에 따른 세기 파라미터의 변동을 설명하는 스펙트럼 시퀀스를 계산하는 단계; 및
상기 스펙트럼 시퀀스에 기초하여 측정 방사선을 최적화하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
12. 1 항 내지 11 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 타겟 내에 포함되는 구조체들 중 적어도 하나에서 기하학적 비대칭의 효과들이 없는 오버레이 오차를 포함하는 메트롤로지 방법.
13. 1 항 내지 12 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 타겟 내에 포함되는 구조체들 중 적어도 하나의 1 이상의 기하학적 비대칭 파라미터를 포함하는 메트롤로지 방법.
14. 1 항 내지 7 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는:
타겟 내에 포함되는 층들의 1 이상의 층 높이; 및
1 이상의 기하학적 비대칭 파라미터 및 타겟 내에 포함되는 구조체들 중 적어도 하나에서 기하학적 비대칭의 효과들이 없는 오버레이 오차 중 1 이상을 포함할 수 있는 1 이상의 다른 가변 기하학적 파라미터를 포함하고,
상기 최소화 단계는 2 개의 단계들로 수행되며, 제 1 단계는 상기 1 이상의 층 높이에 대한 값들을 재구성하고, 제 2 단계는 상기 1 이상의 다른 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 재구성하며, 제 1 단계에서 결정된 1 이상의 층 높이는 제 2 단계에서 1 이상의 고정된 층 높이 파라미터로서 피드포워드되는 메트롤로지 방법.
15. 14 항에 있어서, 상기 세기 메트릭은 상기 제 1 단계에서 스택 민감도를 포함하고, 스택 민감도는 측정 이미지 내의 관심 구역들의 세기들의 평균에 대한 오버레이 비례 상수의 비이며, 상기 세기 메트릭은 상기 제 2 단계에서 스케일링된 이미지 세기 비대칭을 포함하고, 각각의 스케일링된 이미지 세기 비대칭 측정은 그 평균 세기에 의해 스케일링되는 비-0차 회절들의 대응하는 쌍들 간의 세기 차이를 포함하는 메트롤로지 방법.
16. 14 항 또는 15 항에 있어서, 제 1 단계는 기판에 걸친 층 높이들의 변동을 설명하는 스택 높이 변동 맵을 예측하는 데 사용되고, 상기 스택 높이 변동 맵은 제 2 단계에서 상기 1 이상의 고정된 층 높이 파라미터를 결정하는 데 사용되는 메트롤로지 방법.
17. 14 항 내지 16 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 최소화 단계에서 결정된 바와 같은 적어도 하나의 층 높이를 갖는 타겟에 대한 측정 방사선의 파장에 따른 세기 파라미터의 변동을 설명하는 스펙트럼 시퀀스를 계산하는 단계; 및
상기 스펙트럼 시퀀스에 기초하여 측정 방사선을 최적화하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
18. 13 항 내지 17 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 기하학적 비대칭 파라미터는: 바닥 경사, 상부 경사, 측벽 각도, 임계 치수 중 1 이상을 포함하는 메트롤로지 방법.
19. 1 항 내지 18 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 최소화 단계는 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이를 최소화하는 목적 함수를 구성하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
20. 19 항에 있어서, 목적 함수는 검출기 잡음을 설명하는 항을 포함하는 메트롤로지 방법.
21. 19 항 또는 20 항에 있어서, 상기 기하학적 파라미터들 중 어느 것이 상기 가변 기하학적 파라미터들이어야 하는지를 결정하기 위한 재구성 최적화 단계를 더 포함하는 메트롤로지 방법.
22. 21 항에 있어서, 각각의 기하학적 파라미터에 대해:
상기 목적 함수의 미분 행렬을 결정하는 단계; 및
상기 미분 행렬의 조건부 및 미분 행렬 내의 상이한 벡터(들) 조합들의 각도들에 기초하여 상기 기하학적 파라미터들 중 어느 것이 상기 가변 기하학적 파라미터들이어야 하는지를 결정하는 단계를 수행하는 것을 포함하는 메트롤로지 방법.
23. 22 항에 있어서, 상기 재구성 최적화 단계는 대응하는 미분 행렬이 나쁜 조건인 것으로 결정되거나, 또는 상기 각도들 중 하나가 소정 임계치 아래인 경우, 기하학적 파라미터를 가변 기하학적 파라미터이도록 선택하지 않는 것을 포함하는 메트롤로지 방법.
24. 21 항 내지 23 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 재구성 최적화 단계는:
상관된 기하학적 파라미터들의 1 이상의 세트를 결정하는 단계; 및
가변 기하학적 파라미터들로서, 세트 내에서 가장 큰 상대적 중요도를 갖는 것으로 간주되는 각각의 세트의 상관된 기하학적 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
25. 1 항 내지 24 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 타겟은 적어도 2 개의 서브-타겟들을 포함하고, 이는 각각 상이한 부과된 오버레이 편향을 갖는 메트롤로지 방법.
26. 1 항 내지 25 항 중 어느 하나에 있어서, 복수의 가변 기하학적 파라미터들이 존재하고, 최소화 단계는 이 가변 기하학적 파라미터들 각각에 대한 값들을 동시에 재구성하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
27. 26 항에 있어서, 가변 기하학적 파라미터들의 수는 3 개보다 많은 메트롤로지 방법.
28. 26 항에 있어서, 가변 기하학적 파라미터들의 수는 6 개보다 많은 메트롤로지 방법.
29. 1 항 내지 28 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 시뮬레이션 데이터는 점확산 함수 모델로부터 얻어지는 메트롤로지 방법.
30. 1 항 내지 29 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 측정을 수행하고 상기 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들을 포착하여 상기 측정 데이터를 얻는 단계 및 상기 시뮬레이션을 수행하여 상기 시뮬레이션 데이터를 얻는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
31. 1 항 내지 30 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 측정 데이터는 복수의 상이한 측정 방사선 특성들을 갖는 측정 방사선으로의 타겟의 측정에 관한 메트롤로지 방법.
32. 1 항 내지 31 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 타겟은 기판 평면에서의 어느 치수가 10 ㎛ 이하인 메트롤로지 방법.
33. 메트롤로지 장치에 있어서,
리소그래피 공정에 의해 기판 상에 적어도 2 개의 층들로 형성된 타겟의 측정에 관한 측정 데이터를 얻도록 -상기 측정 데이터는 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들로부터 도출됨- ;
타겟의 기하학적 파라미터들에 관하여 정의된 바와 같은 타겟의 측정의 시뮬레이션에 관한 시뮬레이션 데이터를 얻도록 -상기 기하학적 파라미터들은 1 이상의 가변 기하학적 파라미터를 포함함- ; 및
상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 직접 재구성하기 위해, 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이를 최소화하도록 작동가능한 프로세서를 포함하는 메트롤로지 장치.
34. 33 항에 있어서, 상기 메트롤로지 장치의 이미지 평면에 검출기를 포함하고, 상기 측정 데이터를 얻기 위해 이미지 평면에서 상기 검출기에 의해 상기 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들이 검출되는 다크-필드 측정들을 수행하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
35. 34 항에 있어서, 검출된 비-0차 회절들의 세기 메트릭에 관하여 측정 데이터와 시뮬레이션 간의 차이를 최소화하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
36. 35 항에 있어서, 상기 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터는 각각 복수의 세기 값들을 포함하고, 이는 비-0차 회절, 측정 방사선 특성, 및/또는 상기 타겟에 포함되는 부과된 타겟 편향의 각각의 조합에 대한 것이며, 상기 프로세서는 상기 세기 값들로부터 상기 세기 메트릭을 도출하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
37. 35 항 또는 36 항에 있어서, 상기 세기 메트릭은 스케일링된 이미지 세기 비대칭을 포함하고, 각각의 스케일링된 이미지 세기 비대칭 측정은 그 평균 세기에 의해 스케일링되는 비-0차 회절들의 대응하는 쌍들 간의 세기 차이를 포함하는 메트롤로지 장치.
38. 35 항 또는 36 항에 있어서, 상기 세기 메트릭은 스택 민감도를 포함하고, 스택 민감도는 측정 이미지 내의 관심 구역들의 세기들의 평균에 대한 오버레이 비례 상수의 비인 메트롤로지 장치.
39. 35 항 또는 36 항에 있어서, 상기 세기 메트릭은 평균 세기를 포함하고, 이는 측정 이미지 내의 관심 구역들의 세기들의 평균인 메트롤로지 장치.
40. 33 항에 있어서, 상기 메트롤로지 장치의 퓨필 평면에 검출기를 포함하고, 상기 측정 데이터를 얻기 위해 퓨필 평면에서 상기 검출기에 의해 상기 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들이 검출되는 퓨필-평면 측정들을 수행하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
41. 33 항 내지 40 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 타겟 내에 포함되는 층의 적어도 하나의 층 높이를 포함하는 메트롤로지 장치.
42. 41 항에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 타겟 내에 포함되는 상이한 층들의 복수의 층 높이들을 포함하고, 프로세서는 상기 복수의 층 높이들에 대한 값들을 동시에 재구성하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
43. 41 항 또는 42 항에 있어서, 프로세서는:
상기 최소화에서 결정된 바와 같은 적어도 하나의 층 높이를 갖는 타겟에 대한 측정 방사선의 파장에 따른 세기 파라미터의 변동을 설명하는 스펙트럼 시퀀스를 계산하도록; 및
상기 스펙트럼 시퀀스에 기초하여 측정 방사선을 최적화하도록 더 작동가능한 메트롤로지 장치.
44. 33 항 내지 43 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 타겟 내에 포함되는 구조체들 중 적어도 하나에서 기하학적 비대칭의 효과들이 없는 오버레이 오차를 포함하는 메트롤로지 장치.
45. 33 항 내지 44 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 타겟 내에 포함되는 구조체들 중 적어도 하나의 1 이상의 기하학적 비대칭 파라미터를 포함하는 메트롤로지 장치.
46. 33 항 내지 39 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는:
타겟 내에 포함되는 층들의 1 이상의 층 높이; 및
1 이상의 기하학적 비대칭 파라미터 및 타겟 내에 포함되는 구조체들 중 적어도 하나에서 기하학적 비대칭의 효과들이 없는 오버레이 오차 중 1 이상을 포함할 수 있는 1 이상의 다른 가변 기하학적 파라미터를 포함하고,
상기 프로세서는 2 개의 단계들로 상기 최소화를 수행하도록 작동가능하며, 제 1 단계는 상기 1 이상의 층 높이에 대한 값들을 재구성하고, 제 2 단계는 상기 1 이상의 다른 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 재구성하며, 제 1 단계에서 결정된 1 이상의 층 높이는 제 2 단계에서 1 이상의 고정된 층 높이 파라미터로서 피드포워드되는 메트롤로지 장치.
47. 46 항에 있어서, 상기 세기 메트릭은 상기 제 1 단계에서 스택 민감도를 포함하고, 스택 민감도는 측정 이미지 내의 관심 구역들의 세기들의 평균에 대한 오버레이 비례 상수의 비이며, 상기 세기 메트릭은 상기 제 2 단계에서 스케일링된 이미지 세기 비대칭을 포함하고, 각각의 스케일링된 이미지 세기 비대칭 측정은 그 평균 세기에 의해 스케일링되는 비-0차 회절들의 대응하는 쌍들 간의 세기 차이를 포함하는 메트롤로지 장치.
48. 46 항 또는 47 항에 있어서, 프로세서는 상기 제 1 단계에서 기판에 걸친 층 높이들의 변동을 설명하는 스택 높이 변동 맵을 예측하고, 상기 제 2 단계에서 상기 스택 높이 변동 맵을 사용하여 상기 1 이상의 고정된 층 높이 파라미터를 결정하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
49. 46 항 내지 48 항 중 어느 하나에 있어서, 프로세서는:
상기 최소화에서 결정된 바와 같은 적어도 하나의 층 높이를 갖는 타겟에 대한 측정 방사선의 파장에 따른 세기 파라미터의 변동을 설명하는 스펙트럼 시퀀스를 계산하도록; 및
상기 스펙트럼 시퀀스에 기초하여 측정 방사선을 최적화하도록 더 작동가능한 메트롤로지 장치.
50. 45 항 내지 49 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 1 이상의 기하학적 비대칭 파라미터는: 바닥 경사, 상부 경사, 측벽 각도, 임계 치수 중 1 이상을 포함하는 메트롤로지 장치.
51. 33 항 내지 50 항 중 어느 하나에 있어서, 프로세서는 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이를 최소화하는 목적 함수를 구성하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
52. 51 항에 있어서, 목적 함수는 검출기 잡음을 설명하는 항을 포함하는 메트롤로지 장치.
53. 51 항 또는 52 항에 있어서, 프로세서는 상기 기하학적 파라미터들 중 어느 것이 상기 가변 기하학적 파라미터들이어야 하는지를 결정하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
54. 53 항에 있어서, 각각의 기하학적 파라미터에 대해, 프로세서는:
상기 목적 함수의 미분 행렬을 결정하도록; 및
상기 미분 행렬의 조건부 및 미분 행렬 내의 상이한 벡터(들) 조합들의 각도들에 기초하여 상기 기하학적 파라미터들 중 어느 것이 상기 가변 기하학적 파라미터들이어야 하는지를 결정하도록 더 작동가능한 메트롤로지 장치.
55. 54 항에 있어서, 프로세서는 대응하는 미분 행렬이 나쁜 조건인 것으로 결정되거나, 또는 상기 각도들 중 하나가 소정 임계치 아래인 경우, 기하학적 파라미터를 가변 기하학적 파라미터이도록 선택하지 않도록 더 작동가능한 메트롤로지 장치.
56. 53 항 내지 55 항 중 어느 하나에 있어서, 프로세서는:
상관된 기하학적 파라미터들의 1 이상의 세트를 결정하도록; 및
가변 기하학적 파라미터들로서, 세트 내에서 가장 큰 상대적 중요도를 갖는 것으로 간주되는 각각의 세트의 상관된 기하학적 파라미터를 결정하도록 더 작동가능한 메트롤로지 장치.
57. 33 항 내지 56 항 중 어느 하나에 있어서, 복수의 가변 기하학적 파라미터들이 존재하고, 프로세서는 이 가변 기하학적 파라미터들 각각에 대한 값들을 동시에 재구성하도록 더 작동가능한 메트롤로지 장치.
58. 57 항에 있어서, 가변 기하학적 파라미터들의 수는 3 개보다 많은 메트롤로지 장치.
59. 57 항에 있어서, 가변 기하학적 파라미터들의 수는 6 개보다 많은 메트롤로지 장치.
60. 33 항 내지 59 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 시뮬레이션 데이터는 점확산 함수 모델로부터 얻어지는 메트롤로지 장치.
61. 33 항 내지 60 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 타겟을 측정하고 상기 측정 데이터를 얻기 위해 측정 방사선을 제공하는 방사선 소스를 포함하는 메트롤로지 장치.
62. 61 항에 있어서, 상기 방사선 소스는 상기 측정 데이터가 복수의 상이한 측정 방사선 특성들을 갖는 측정 방사선으로의 타겟의 측정에 관련되도록 복수의 상이한 측정 방사선 특성들을 갖는 측정 방사선을 제공하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
63. 33 항 내지 62 항 중 어느 하나에 있어서, 기판 평면에서의 어느 치수가 10 ㎛ 이하인 타겟을 측정하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
64. 적절한 장치에서 실행될 때, 1 항 내지 32 항 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하도록 작동가능한 프로그램 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
65. 64 항의 컴퓨터 프로그램을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 프로그램 캐리어.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있고, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
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 타입들의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 실시예들의 일반적인 성질을 드러낸다. 그러므로, 이러한 응용예 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. 메트롤로지 방법에 있어서,
    리소그래피 공정에 의해 기판 상에 적어도 2 개의 층들로 형성된 타겟의 측정에 관한 측정 데이터를 얻는 단계 -상기 측정 데이터는 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들(corresponding pair of non-zeroth diffraction orders)로부터 도출됨- ;
    상기 타겟의 기하학적 파라미터들에 관하여 정의된 바와 같은 상기 타겟의 측정의 시뮬레이션에 관한 시뮬레이션 데이터를 얻는 단계 -상기 기하학적 파라미터들은 1 이상의 가변 기하학적 파라미터(variable geometric parameter)를 포함함- ; 및
    상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 직접 재구성하기 위해, 상기 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이를 최소화하는 단계
    를 포함하는 메트롤로지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 데이터는 이미지 평면에서 상기 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들이 검출되는 다크-필드 측정(dark-field measurement)으로부터 도출되는 상기 타겟의 측정에 관한 메트롤로지 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 최소화하는 단계는 검출된 비-0차 회절들의 세기 메트릭(intensity metric)에 관하여 상기 측정 데이터와 시뮬레이션 간의 차이를 최소화하도록 수행되는 메트롤로지 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터는 각각 복수의 세기 값들을 포함하고, 상기 세기 값은 비-0차 회절, 측정 방사선 특성, 및/또는 상기 타겟에 포함되는 부과된 타겟 편향(imposed target bias)의 각각의 조합에 대한 것이며, 상기 세기 메트릭은 상기 세기 값들로부터 도출되는 메트롤로지 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 세기 메트릭은 스케일링된 이미지 세기 비대칭(scaled image intensity asymmetry)을 포함하고, 각각의 스케일링된 이미지 세기 비대칭 측정은 그 평균 세기에 의해 스케일링되는 비-0차 회절들의 대응하는 쌍들 간의 세기 차이를 포함하는 메트롤로지 방법.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 세기 메트릭은 스택 민감도(stack sensitivity)를 포함하고, 스택 민감도는 측정 이미지 내의 관심 구역들의 세기들의 평균에 대한 오버레이 비례 상수의 비인 메트롤로지 방법.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 세기 메트릭은 평균 세기를 포함하고, 이는 측정 이미지 내의 관심 구역들의 세기들의 평균인 메트롤로지 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 데이터는 상기 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들이 퓨필 평면(pupil plane)에서 검출되는 퓨필-평면 측정으로부터 도출되는 상기 타겟의 측정에 관한 메트롤로지 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 상기 타겟 내에 포함되는 층의 적어도 하나의 층 높이를 포함하는 메트롤로지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 상기 타겟 내에 포함되는 상이한 층들의 복수의 층 높이들을 포함하고, 상기 최소화하는 단계는 상기 복수의 층 높이들에 대한 값들을 동시에 재구성하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 최소화하는 단계에서 결정된 바와 같은 적어도 하나의 층 높이를 갖는 상기 타겟에 대한 측정 방사선의 파장에 따른 세기 파라미터의 변동을 설명하는 스펙트럼 시퀀스(spectral sequence)를 계산하는 단계; 및
    상기 스펙트럼 시퀀스에 기초하여 상기 측정 방사선을 최적화하는 단계를 포함하는 메트롤로지 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는 상기 타겟 내에 포함되는 구조체들 중 적어도 하나의 1 이상의 기하학적 비대칭 파라미터를 포함하는 메트롤로지 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터는:
    상기 타겟 내에 포함되는 층들의 1 이상의 층 높이; 및
    1 이상의 기하학적 비대칭 파라미터 및 상기 타겟 내에 포함되는 구조체들 중 적어도 하나에서 기하학적 비대칭의 효과들이 없는 오버레이 오차 중 1 이상을 포함할 수 있는 1 이상의 다른 가변 기하학적 파라미터를 포함하고,
    상기 최소화하는 단계는 2 개의 단계들로 수행되며, 제 1 단계는 상기 1 이상의 층 높이에 대한 값들을 재구성하고, 제 2 단계는 상기 1 이상의 다른 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 재구성하며, 상기 제 1 단계에서 결정된 1 이상의 층 높이는 상기 제 2 단계에서 1 이상의 고정된 층 높이 파라미터로서 피드포워드되는 메트롤로지 방법.
  14. 메트롤로지 장치에 있어서,
    리소그래피 공정에 의해 기판 상에 적어도 2 개의 층들로 형성된 타겟의 측정에 관한 측정 데이터를 얻도록 -상기 측정 데이터는 적어도 하나의 대응하는 쌍의 비-0차 회절들로부터 도출됨- ;
    상기 타겟의 기하학적 파라미터들에 관하여 정의된 바와 같은 상기 타겟의 측정의 시뮬레이션에 관한 시뮬레이션 데이터를 얻도록 -상기 기하학적 파라미터들은 1 이상의 가변 기하학적 파라미터를 포함함- ; 및
    상기 1 이상의 가변 기하학적 파라미터에 대한 값들을 직접 재구성하기 위해, 상기 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 차이를 최소화하도록
    작동가능한 프로세서를 포함하는 메트롤로지 장치.
  15. 적절한 장치에서 실행될 때, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 작동가능한 프로그램 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
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