KR20190129988A - 구조체의 비대칭 모니터링 - Google Patents

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KR20190129988A
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아리에 제프리 덴 보에프
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

측정 방사선의 제 1 파장에서 측정되는 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 1 값을 얻고, 측정 방사선의 제 2 파장에서 측정되는 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 2 값을 얻으며, 제 1 값과 제 2 값 간의 차이를 나타내는 도출된 값을 얻는 단계; 및 제 1 및 제 2 값들 또는 도출된 값에 기초하여, 에칭된 프로파일을 형성하는 에칭에서의 경사의 발생을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다.

Description

구조체의 비대칭 모니터링
본 출원은 2017년 3월 23일에 출원된 미국 출원 62/475,679의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 및 에칭 기술들에 의한 디바이스들의 제조 시 사용가능한 검사/메트롤로지를 위한 방법들 및 장치, 및 리소그래피 및 에칭 기술들을 이용하여 디바이스들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
패터닝 공정[즉, (리소그래피 노광 또는 임프린트와 같은) 패터닝을 수반하는 디바이스 또는 다른 구조체를 생성하는 공정, 이는 통상적으로 레지스트의 현상, 에칭 등과 같은 1 이상의 연계된 처리 단계를 포함할 수 있음]을 가능하게 하는 중요한 측면들은 공정 자체의 개발, 모니터링 및 제어를 위한 공정 설정, 및 이후 공정 자체의 실제 모니터링 및 제어를 포함한다. 패터닝 디바이스 패턴(들), 레지스트 타입(들), (현상, 에칭 등과 같은) 리소그래피 공정-후 단계들과 같은 패터닝 공정의 기본 구성을 가정하면, 기판들 상으로 패턴을 전사하는 패터닝 공정 시 장치를 설정하고, 1 이상의 메트롤로지 타겟을 현상하여 공정을 모니터링하고, 메트롤로지 공정을 설정하여 메트롤로지 타겟들을 측정하고, 이후 측정들에 기초하여 공정을 모니터링 및/또는 제어하는 공정을 구현하는 것이 바람직하다.
따라서, 패터닝 공정에서, 구조체의 임계 치수(CD), 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속 층들 간의 오버레이 오차(즉, 연속 층들의 바람직하지 않고 의도하지 않은 오정렬) 등과 같은 1 이상의 관심 파라미터를 결정(예를 들어, 패터닝 공정의 1 이상의 측면을 모델링하는 1 이상의 모델을 사용하여 측정, 시뮬레이션 등)하는 것이 바람직하다.
패터닝 공정에 의해 생성된 구조체들에 대해 이러한 1 이상의 관심 파라미터를 결정하고, 패터닝 공정에 관한 디자인, 제어 및/또는 모니터링, 예를 들어 공정 디자인, 제어 및/또는 검증(verification)을 위해 이들을 사용하는 것이 바람직하다. 패터닝된 구조체들의 결정된 1 이상의 관심 파라미터는 패터닝 공정 디자인, 보정 및/또는 검증, 결함 검출 또는 분류, 수율 추산 및/또는 공정 제어를 위해 사용될 수 있다.
따라서, 패터닝 공정들에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 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 디바이스 내의 두 층들의 정렬 정확성의 척도를 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 오버레이는 두 층들 간의 오정렬 정도에 관하여 설명될 수 있으며, 예를 들어 1 nm의 측정된 오버레이에 대한 언급은 두 층들이 1 nm만큼 오정렬되는 상황을 설명할 수 있다.
리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 검사 장치(예를 들어, 메트롤로지 장치)가 개발되었다. 예를 들어, 스케터로메트리 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 전향된(예를 들어, 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 속성이 결정될 수 있는 "스펙트럼"을 얻는다. 관심 속성의 결정은 다양한 기술들: 예를 들어, 라이브러리 탐색; 주성분 분석; 및 RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법들과 같은 반복 접근법들에 의한 타겟의 재구성에 의해 수행될 수 있다.
또 다른 기술이 (정반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고, 더 높은 차수들만이 처리되는 것을 수반한다. 이러한 메트롤로지의 예시들은 PCT 특허 출원 공개공보 WO 2009/078708호 및 WO 2009/106279호에서 찾아볼 수 있으며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 미국 특허 출원 공개공보 US 2011-0027704호, US 2011-0043791호, 및 US 2012-0242940호에서 설명되었고, 이들은 각각 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 이러한 회절-기반 기술들은 통상적으로 오버레이를 측정하는 데 사용된다. 기술들을 위한 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 기판 상의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 타겟들은 하나의 이미지에서 측정될 수 있는 다수 주기적 구조체들을 포함할 수 있다. 특정 형태의 이러한 메트롤로지 기술에서, -1차 및 +1차 회절 세기들을 개별적으로 얻기 위해 조명 모드 또는 이미징 모드를 변화시키거나 타겟을 회전시키면서, 소정 조건들 하에 타겟을 두 번 측정함으로써 오버레이 측정 결과들이 얻어진다. 주어진 타겟에 대한 세기 비대칭, 이 회절 차수 세기들의 비교가 타겟 비대칭, 즉 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공한다. 타겟에서의 이 비대칭이 오버레이 오차의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다.
오버레이 측정의 예시에서, 오버레이 측정은 오버레이[즉, 오버레이 오차 및 의도적 편향(deliberate bias)]가 타겟에서의 타겟 비대칭의 유일한 원인이라는 가정에 의존한다. 또한, 상부층의 주기적 구조체 내에서의, 상부층의 주기적 구조체에 의해 오버레이된 하부층의 주기적 구조체 내에서의, 또는 둘 모두에서의 피처(feature)들의 구조적 비대칭과 같은 타겟에서의 여하한의 다른 비대칭이 1차(또는 다른 고차)에서의 세기 비대칭을 야기한다. 타겟에서의 이러한 다른 비대칭에 기인하고 (의도적인 편향을 포함한) 오버레이에 관련되지 않은 이 세기 비대칭은 오버레이 측정을 교란하여 부정확한 오버레이 측정을 제공한다.
타겟의 하부 또는 저부 주기적 구조체에서의 비대칭이 보편적인 형태의 구조적 비대칭이다. 이는, 예를 들어 저부 주기적 구조체를 만들기 위해 수행되는 기판 처리 단계들에서 발생할 수 있다.
구조적 비대칭을 야기할 수 있는 처리 단계의 일 예시는 에칭이다. 특히, 에칭 공정은 예를 들어 트렌치(trench)가 올바른 각도 방향으로 정렬되지 않도록 에칭에서 경사(tilt)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 에칭에서의 경사는 플라즈마 에칭 공정의 이온들 중 적어도 일부의 궤적이 기판의 주 표면에 수직하지 않은 이온 빔 경사로 인할 수 있다. 결과는 에칭에 의해 형성되는 트렌치에서의 표면의 기울기(slant)(측벽 각도라고도 함)이다. 이 기울기는 패턴이 예상된 곳으로부터 유효한 패턴 시프트를 야기할 수 있다. 따라서, 예를 들어 에칭에서의 경사로 인한 구조적 비대칭이 존재하는지를 결정하고 이러한 발생을 알릴 수 있는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 제 1 측정 방사선 파장에서 측정된 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 1 값을 얻고, 제 2 측정 방사선 파장에서 측정된 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 2 값을 얻으며, 제 1 값과 제 2 값 간의 차이를 나타내는 도출된 값을 얻는 단계; 및 하드웨어 컴퓨터에 의해, 및 제 1 및 제 2 값들 또는 도출된 값에 기초하여, 에칭된 프로파일을 형성하는 에칭에서의 경사의 발생을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 복수의 상이한 측정 방사선 파장들 각각에서 기판의 비대칭 에칭된 프로파일에 대해 비대칭 광학 특성 값들을 얻는 단계 -에칭된 프로파일의 비대칭은 에칭에서의 경사에 의해 야기되고, 비대칭 광학 특성 값들 각각은 제 1 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값과 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치되는 지점인 제 2 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값 간의 차이에 대응함 -; 및 하드웨어 컴퓨터에 의해, 및 값들에 기초하여, 비대칭 광학 특성 값들의 제 1 값이 음인 제 1 측정 방사선 파장 및 비대칭 광학 특성 값들의 제 2 값이 양인 제 2 측정 방사선 파장을 식별하는 단계를 포함하는 방법이 제공되고, 또 다른 에칭된 프로파일의 에칭에서의 경사의 발생이 제 1 파장에서의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대해 결정된 비대칭 광학 특성의 값과 제 2 파장에서의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대해 결정된 비대칭 광학 특성의 값 간의 차이를 발견함으로써 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 패터닝 공정의 대상물을 측정하는 메트롤로지 장치가 제공되고, 메트롤로지 장치는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 방법을 수행하도록 구성된다.
일 실시예에서, 하드웨어 프로세서 시스템; 및 기계-판독가능한 명령어들을 저장하도록 구성되는 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독가능한 저장 매체를 포함하는 시스템이 제공되고, 실행될 때 기계-판독가능한 명령어들은 하드웨어 프로세서 시스템이 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 방법을 수행하게 한다.
일 실시예에서, 명령어들이 기록되어 있는 컴퓨터 비-일시적 판독가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되고, 명령어들은 컴퓨터에 의해 실행될 때 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 방법을 구현한다.
일 실시예에서, 대상물 표면에 방사선 빔을 제공하고 대상물 표면에 의해 전향된 방사선을 검출하도록 구성되는 메트롤로지 장치; 및 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 시스템이 제공된다. 일 실시예에서, 시스템은 방사선 빔을 변조하는 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 지지 구조체 및 방사선-감응성 기판 상으로 변조된 방사선 빔을 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템을 포함한 리소그래피 장치를 더 포함하고, 대상물은 기판이다. 일 실시예에서, 시스템은 대상물을 에칭하도록 구성되는 에칭 장치 및 에칭에서의 경사의 발생의 결정으로부터 도출되는 제어 신호를 처리하도록 구성되는 제어 시스템을 더 포함한다.
첨부된 도면들을 참조하여, 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 본 명세서에서, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 교시에 기초하여 추가적인 실시예들을 명백히 알 것이다.
이제 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 리소그래피 장치의 일 실시예를 도시하는 도면;
도 2는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)의 일 실시예를 도시하는 도면;
도 3은 예시적인 검사 장치 및 메트롤로지 기술을 개략적으로 도시하는 도면;
도 4는 예시적인 검사 장치를 개략적으로 도시하는 도면;
도 5는 검사 장치의 조명 스폿과 메트롤로지 타겟 간의 관계를 예시하는 도면;
도 6은 측정 데이터에 기초하여 복수의 관심 변수들을 도출하는 공정을 개략적으로 도시하는 도면;
도 7a는 타겟을 측정하도록 구성되는 검사 장치의 개략적인 다이어그램;
도 7b는 주어진 방향의 조명에 대한 타겟 주기적 구조체의 상세한 회절 스펙트럼을 개략적으로 도시하는 도면;
도 7c는 도 7a의 검사 장치를 이용함에 있어서 또 다른 조명 모드들을 제공하는 조명 어퍼처(illumination aperture)들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 7d는 도 7a의 검사 장치에서 사용하기 위한 또 다른 조명 어퍼처들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 8은 일 형태의 다수 주기적 구조체 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline)을 도시하는 도면;
도 9는 도 7a의 검사 장치에서 얻어진 도 8의 타겟의 이미지를 도시하는 도면;
도 10은 도 3의 검사 장치를 이용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 나타내는 흐름도;
도 11a는 측면으로부터 단면도로 매우 개략적인 에칭된 프로파일을 예시하는 도면;
도 11b는 최상부로부터 매우 개략적인 에칭된 프로파일을 예시하는 도면;
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 트렌치의 기울어진 벽으로 인해 패턴 시프트가 어떻게 일어날 수 있는지를 매우 개략적으로 예시하는 도면;
도 13a는 메트롤로지 장치에 의해 얻어질 수 있는 개략적인 반사율 분포를 예시하는 도면;
도 13b는 2 개의 반사율 분포들을 구별함으로써 얻어지는 개략적인 반사율 분포를 예시하는 도면;
도 13c는 퓨필의 개구수(numerical aperture)에 대한 반사율의 그래프;
도 14는 기판과 관련하여 메트롤로지 장치의 대물렌즈의 매우 개략적인 표현;
도 15는 기판의 소정 경사 각도에서의 기판으로부터의 방사선의 반사율의 상대 비대칭의 예시적인 그래프;
도 16은 에칭된 프로파일을 갖는 기판으로부터의 방사선의 반사율의 상대 비대칭의 예시적인 그래프; 및
도 17은 일 실시예에 따른 방법의 단계들의 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 광학 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 광학 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 타입들, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 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 적어도 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 개구수를 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 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 광학 시스템(PS)을 통과하고, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스하여, 타겟부(C) 상에 패턴의 이미지를 투영한다. 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 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마커들이 포함될 수도 있으며, 이 경우 마커들은 인접한 피처들과 상이한 여하한의 이미징 또는 공정 조건들을 필요로 하지 않고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 정렬 마커들을 검출하는 정렬 시스템은 아래에서 더 설명된다.
이 예시에서의 리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa, WTb), 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 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 있다. 이는 상기 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다.
도시된 장치는, 예를 들어 스텝 모드 또는 스캔 모드를 포함하는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 리소그래피 장치의 구성 및 작동은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 본 발명의 실시예들의 이해를 위해 더 설명될 필요는 없다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC) 또는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고 칭하는 리소그래피 시스템의 일부분을 형성한다. 또한, 리소그래피 셀(LC)은 기판 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시킨 후, 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.
적어도 하나의 패터닝 단계(예를 들어, 광학 리소그래피 단계)를 포함하는 패터닝 공정(예를 들어, 디바이스 제조 공정)의 디자인, 모니터링, 제어 등을 하기 위해, 패터닝된 기판이 검사될 수 있고 패터닝된 기판의 1 이상의 파라미터가 측정된다. 1 이상의 파라미터는, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속 층들 간의 오버레이, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 피처들의 임계 치수(CD)(예를 들어, 임계 선폭), 광학 리소그래피 단계의 포커스 또는 포커스 오차, 광학 리소그래피 단계의 도즈 또는 도즈 오차, 광학 리소그래피 단계의 광학 수차들 등을 포함할 수 있다. 이 측정은 제품 기판(product substrate) 자체의 타겟 및/또는 기판 상에 제공되는 지정된 메트롤로지 타겟에서 수행될 수 있다. 패터닝 공정 시 형성된 구조체들의 측정을 수행하기 위해, 스캐닝 전자 현미경, 이미지-기반 측정 또는 검사 툴들 및/또는 다양한 특수 툴들의 사용을 포함하는 다양한 기술들이 존재한다. 비교적 빠르고 비-침습(non-invasive)인 형태의 특수 메트롤로지 및/또는 검사 툴이 있으며, 여기서 기판 표면의 타겟 상으로 방사선 빔이 지향되고 산란된(회절된/반사된) 빔의 속성들이 측정된다. 빔이 기판에 의해 산란된 전후에 상기 빔의 1 이상의 속성을 비교함으로써, 기판의 1 이상의 속성이 결정될 수 있다. 이는 회절-기반 메트롤로지 또는 검사라고 칭해질 수 있다.
도 3은 예시적인 검사 장치(예를 들어, 스케터로미터)를 도시한다. 이는 기판(W) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 전향(redirect)된 방사선은, 예를 들어 좌측 하부의 그래프에 나타낸 바와 같은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서 세기)을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector: 4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 야기하는 프로파일 또는 구조체가, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 도 3의 우측 하단에 나타낸 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써, 프로세서(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 구조체의 일반적인 형태가 알려지며, 구조체가 만들어진 공정의 정보로부터 일부 변수들이 가정되어, 측정된 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 변수들만이 남게 된다. 이러한 검사 장치는 수직-입사(normal-incidence) 검사 장치 또는 경사-입사(oblique-incidence) 검사 장치로서 구성될 수 있다.
사용될 수 있는 또 다른 검사 장치가 도 4에 도시된다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(120)을 이용하여 시준(collimate)되고, 간섭 필터(interference filter: 130) 및 편광기(polarizer: 170)를 통해 투과되며, 부분 반사면(partially reflecting surface: 160)에 의해 반사되고, 바람직하게는 적어도 0.9 또는 적어도 0.95인 높은 개구수(NA)를 갖는 대물 렌즈(150)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S)으로 포커스된다. (물과 같은 비교적 높은 굴절률의 유체를 이용하는) 침지 검사 장치는 심지어 1이 넘는 개구수를 가질 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)에서와 같이, 측정 작업들 동안 기판(W)을 유지하기 위해 1 이상의 기판 테이블이 제공될 수 있다. 기판 테이블들은 도 1의 기판 테이블(WT)의 형태와 유사하거나 동일할 수 있다. 검사 장치가 리소그래피 장치와 통합되는 일 예시에서, 이들은 심지어 동일한 기판 테이블일 수 있다. 개략 및 미세 위치설정기들이 측정 광학 시스템에 관하여 기판을 정확히 위치시키도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 관심 타겟의 위치를 획득하기 위해, 및 이를 대물 렌즈(150) 아래의 위치로 가져오기 위해 다양한 센서들 및 액추에이터들이 제공된다. 통상적으로, 기판(W)에 걸친 상이한 위치들에서 타겟들에 대해 많은 측정이 수행될 것이다. 기판 지지체는 상이한 타겟들을 획득하기 위해 X 및 Y 방향들로, 및 광학 시스템의 포커스에 대한 타겟의 원하는 위치를 얻기 위해 Z 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 실제로는 광학 시스템이 (통상적으로는 X 및 Y 방향들에서, 하지만 아마도 Z 방향에서도) 실질적으로 정지 상태로 유지될 수 있고 기판만이 이동하는 경우에, 대물 렌즈가 기판에 대해 상이한 위치들로 옮겨지고 있는 것처럼 작동들을 생각하고 설명하는 것이 편리하다. 기판 및 광학 시스템의 상대 위치가 올바르다면, 원칙적으로 현실에서 이들 중 어느 것이 이동하고 있는지, 또는 둘 다 이동하고 있는지, 또는 광학 시스템의 일부의 조합이 (예를 들어, Z 및/또는 기울기 방향에서) 이동하고 광학 시스템의 나머지는 정지상태이며, 기판이 (예를 들어, X 및 Y 방향들에서, 하지만 선택적으로 Z 및/또는 기울기 방향에서도) 이동하고 있는지는 중요하지 않다.
그 후, 기판(W)에 의해 전향된 방사선은 스펙트럼이 검출되게 하기 위해서, 부분 반사면(160)을 통해 검출기(180)로 전달된다. 검출기(180)는 배면-투영된 초점면(110) 내에[즉, 렌즈 시스템(150)의 초점 길이에] 위치될 수 있으며, 또는 평면(110)이 보조 광학기(도시되지 않음)를 이용하여 검출기(180) 상에 재-이미징(re-image)될 수 있다. 검출기는 기판 타겟(30)의 2-차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2-차원 검출기일 수 있다. 검출기(180)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있으며, 예를 들어 프레임당 40 밀리초(millisecond)의 통합 시간(integration time)을 사용할 수 있다.
예를 들어, 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 기준 빔이 사용될 수 있다. 이를 위해, 방사선 빔이 부분 반사면(160)에 입사하는 경우, 그 일부분이 부분 반사면(160)을 통해 투과되어 기준 빔으로서 기준 거울(140)을 향한다. 그 후, 기준 빔은 동일한 검출기(180)의 상이한 부분 상으로, 또는 대안적으로 상이한 검출기(도시되지 않음) 상으로 투영된다.
가령 405 내지 790 nm의 범위, 또는 200 내지 300 nm와 같이 훨씬 낮은 범위에서 관심 파장을 선택하기 위해, 1 이상의 간섭 필터(130)가 이용될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 일 세트를 포함하기보다는 튜닝가능(tunable)할 수 있다. 간섭 필터 대신에, 격자가 사용될 수 있다. 타겟에 대한 방사선의 입사 각도의 범위를 제어하기 위해 조명 경로에 어퍼처 스톱(aperture stop) 또는 공간 광 변조기(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
검출기(180)는 단파장(또는 협파장 범위)에서의 전향된 방사선의 세기, 다수 파장들에서의 별도 세기, 또는 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡자기(transverse magnetic)- 및 횡전기(transverse electric)-편광 방사선의 세기, 및/또는 횡자기- 및 횡전기-편광 방사선 간의 위상차를 별도로 측정할 수 있다.
기판(W) 상의 타겟(30)은 1-D 격자일 수 있다. 일 실시예에서, 1-D 격자는 현상 이후에 바아(bar)들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트된다. 타겟(30)은 2-D 격자일 수 있다. 일 실시예에서, 2-D 격자는 현상 이후에 격자가 레지스트에서 솔리드 레지스트 필라(pillar)들 또는 비아(via)들로 형성되도록 프린트된다. 바아, 필라 또는 비아는 기판 안으로, 또는 기판 상에(예를 들어, 기판 상의 1 이상의 층 안으로) 에칭될 수 있다.
일 실시예에서, (예를 들어, 바아, 필라 또는 비아의) 패턴은 패터닝 공정에서의 처리의 변화[예를 들어, 리소그래피 투영 장치(특히, 투영 시스템(PS))의 광학 수차, 포커스 변화, 도즈 변화 등]에 민감하며, 프린트된 격자의 변동에서 드러날 것이다. 따라서, 일 실시예에서, 프린트된 격자의 측정된 데이터가 격자를 재구성하는 데 사용된다. 프린팅 단계 및/또는 다른 검사 공정들의 정보로부터, 라인 폭 및/또는 형상과 같은 1-D 격자의 1 이상의 파라미터, 또는 필라 또는 비아 폭 또는 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 1 이상의 파라미터가 프로세서(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 입력될 수 있다.
도 5는 통상적인 타겟(30)의 평면도, 및 도 4의 장치에서의 조명 스폿(S)의 크기를 예시한다. 주위 구조체들로부터 간섭이 없는 회절 스펙트럼을 얻기 위해, 일 실시예에서 타겟(30)은 조명 스폿(S)의 폭(예를 들어, 직경)보다 큰 주기적 구조체(예를 들어, 격자)이다. 스폿(S)의 폭은 타겟의 폭과 길이보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 타겟은 조명에 의해 '언더필링'되고, 회절 신호는 본질적으로 타겟 자체 외부의 제품 피처들 등으로부터의 여하한의 신호들로부터 자유롭다. 조명 구성부(2, 120, 130, 170)는 대물렌즈(150)의 후초점면(back focal plane)에 걸쳐 균일한 세기의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 조명 경로에 어퍼처를 포함함으로써, 조명이 온액시스(on axis) 또는 오프액시스(off axis) 방향들로 제한될 수 있다.
도 6은 메트롤로지를 이용하여 얻어지는 측정 데이터에 기초한 타겟 패턴(30')의 1 이상의 관심 변수의 값의 결정의 예시적인 공정을 개략적으로 도시한다. 검출기(180)에 의해 검출된 방사선이 타겟(30')에 대한 측정된 방사선 분포(108)를 제공한다.
주어진 타겟(30')에 대해, 예를 들어 수치적 맥스웰 솔버(numerical Maxwell solver: 210)를 이용하여 파라미터화된 모델(206)로부터 방사선 분포(208)가 연산/시뮬레이션될 수 있다. 파라미터화된 모델(206)은 타겟을 구성하고 이와 연계되는 다양한 재료들의 예시적인 층들을 나타낸다. 파라미터화된 모델(206)은, 변동되고 도출될 수 있는 고려 중인 타겟의 부분의 피처들 및 층들에 대한 변수들 중 1 이상을 포함할 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 변수들 중 1 이상은 1 이상의 층의 두께(t), 1 이상의 피처의 폭(w)(예를 들어, CD), 1 이상의 피처의 높이(h), 및/또는 1 이상의 피처의 측벽 각도(α)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않지만, 변수들 중 1 이상은 층들 중 1 이상의 굴절률[예를 들어, 실수(real) 또는 복소(complex) 굴절률, 굴절률 텐서(tensor) 등], 1 이상의 층의 흡광 계수, 1 이상의 층의 흡수, 현상 시 레지스트 손실, 1 이상의 피처의 푸팅(footing), 및/또는 1 이상의 피처의 라인 에지 거칠기를 더 포함할 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 변수들의 초기 값들은 측정되고 있는 타겟에 대해 기대되는 것들일 수 있다. 그 후, 측정된 방사선 분포(108)는 212에서 연산된 방사선 분포(208)와 비교되어, 둘 사이의 차이를 결정한다. 차이가 존재하는 경우, 파라미터화된 모델(206)의 변수들 중 1 이상의 값들은 변동될 수 있고, 측정된 방사선 분포(108)와 연산된 방사선 분포(208) 사이에 충분한 매칭이 존재할 때까지 새로운 연산된 방사선 분포(208)가 계산되고 측정된 방사선 분포(108)와 비교된다. 그 시점에, 파라미터화된 모델(206)의 변수들의 값들은 실제 타겟(30')의 지오메트리의 우수한 또는 최적 매칭을 제공한다. 일 실시예에서, 측정된 방사선 분포(108)와 연산된 방사선 분포(208) 사이의 차이가 공차 임계치 내에 있는 경우에 충분한 매칭이 존재한다.
재구성에 의한 파라미터의 측정에 추가하여, 회절-기반 메트롤로지 또는 검사가 제품 및/또는 레지스트 패턴들 내의 피처들의 비대칭의 측정에 사용될 수 있다. 비대칭 측정의 특정 적용예는 예를 들어 오버레이의 측정에 대한 것이지만, 다른 적용예들도 알려져 있다. 이 경우, 타겟(30)은 통상적으로 서로 중첩되는 주기적 피처들의 일 세트를 포함한다. 예를 들어, 비대칭은 타겟(30)으로부터 회절 스펙트럼의 반대 부분들을 비교함으로써(예를 들어, 주기적 격자의 회절 스펙트럼에서 -1차 및 +1차를 비교함으로써) 측정될 수 있다. 도 3 또는 도 4의 기구를 사용한 비대칭 측정의 개념들은, 예를 들어 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원 공개공보 US2006-066855에서 설명된다. 간단히 말해서, 타겟의 회절 스펙트럼에서 회절 차수들의 위치는 타겟의 주기성에 의해서만 결정되는 한편, 회절 스펙트럼에서의 비대칭은 타겟을 구성하는 개별 피처들에서의 비대칭을 나타낸다. 도 4의 기구에서, 검출기(180)가 이미지 센서일 수 있는 경우, 이러한 회절 차수들에서의 비대칭은 검출기(180)에 의해 기록되는 퓨필 이미지에서 비대칭으로서 직접 나타난다. 이 비대칭은 유닛(PU)에서 디지털 이미지 처리에 의해 측정되고, 알려진 오버레이 값들에 대해 캘리브레이션될 수 있다.
실시예들에서 사용하기에 적절한 또 다른 검사 장치가 도 7a에 도시된다. 도 7b에는 타겟(T) 및 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선(diffracted ray)들이 더 상세히 예시된다. 예시된 검사 장치는 다크 필드 메트롤로지 장치로서 알려진 타입으로 이루어진다. 검사 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, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의해 방출된 방사선이 렌즈들(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 광학 요소(15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 이중 시퀀스(double sequence)로 배치된다. 상이한 렌즈 구성이 예를 들어 검출기 상에 기판 이미지를 제공하는 것을 전제로 사용될 수 있으며, 동시에 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 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. 나타낸 예시들에서의 조명 시스템은 오프-액시스 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13N이 단지 설명을 위해 '북'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스 방사선을 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13S가 유사하지만 '남'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어두운데(dark), 이는 바람직한 조명 모드 외의 여하한의 불필요한 방사선이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 것이기 때문이다.
도 7b에 나타낸 바와 같이, 타겟(T)이 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 수직인 기판(W)과 배치된다. 기판(W)은 지지체(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 측정 방사선의 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟을 이용하면, 이 광선들은 메트로롤지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다는 것을 기억하여야 한다. 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. 타겟들의 주기적 구조체 피치들 및 조명 각도들은, 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광학 축선과 밀접하게 정렬되도록 디자인되거나 조정될 수 있다는 것을 유의한다. 도 7a 및 도 7b에 예시된 광선들은 순전히 다이어그램에서 이들이 더 쉽게 구별될 수 있도록 어느 정도 축선을 벗어나 도시된다.
적어도 기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 광학 요소(15)를 통해 다시 지향된다. 도 7a로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광학 축선의 북쪽으로부터인 경우, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13N을 이용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 대조적으로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13S를 이용하여 적용되는 경우, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어가는 광선들이다.
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 대조하도록 할 수 있다. 센서(19)에 의해 포착된 퓨필 평면 이미지는 검사 장치를 포커싱하고, 및/또는 1차 빔의 세기 측정들을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정을 위해 사용될 수 있다.
제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 퓨필-평면에 대해 켤레인 평면에 어퍼처 스톱(21)이 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 이의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 주기적 구조체 피처들의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.
도 7a, 도 7c 및 도 7d에 나타낸 어퍼처 플레이트(13) 및 필드 스톱(field stop: 21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 일 실시예에서, 타겟들의 온-액시스 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 방사선의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서, 1차 빔 대신에, 또는 이에 추가하여, 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 7a, 도 7b, 도 7c 또는 도 7d에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선을 이 상이한 타입들의 측정에 적응가능하게 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 주기적 구조체들을 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 것을 유의한다. 직교 주기적 구조체의 측정을 위해서는, 90° 및 270°에 걸친 타겟의 회전이 시행될 수 있다. 상이한 어퍼처 플레이트들이 도 7c 및 도 7d에 도시된다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은 앞서 언급된 특허 출원 공개공보들에서 설명된다.
도 8은 알려진 실행에 따라 기판 상에 형성된 (복합) 타겟을 도시한다. 이 예시에서의 타겟은 검사 장치의 메트롤로지 방사선 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 주기적 구조체들(예를 들어, 격자들)(32 내지 35)을 포함한다. 따라서, 4 개의 주기적 구조체들은 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서들(19 및 23) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 주기적 구조체들(32 내지 35)은 자체로 기판(W) 상에 형성된, 예를 들어 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 오버라잉(overlying) 주기적 구조체들에 의해 형성된 복합 주기적 구조체들이다. 주기적 구조체들(32 내지 35)은 상이하게 편향(bias)된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 주기적 구조체들의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 또한, 주기적 구조체들(32 내지 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 편향 오프셋들을 갖는다. 주기적 구조체들(33 및 35)은 Y-방향 주기적 구조체들이며, 각각 편향 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 이 주기적 구조체들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 단지 타겟의 일 예시이다. 타겟은 4 개보다 많거나 적은 주기적 구조체들을 포함할 수 있거나, 또는 단일 주기적 구조체일 수 있다.
도 9는 도 7d로부터의 어퍼처 플레이트들(13NW 또는 13SE)을 이용하는 도 7의 장치에서 도 8의 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 주기적 구조체들(32 내지 35)을 분해할 수 없지만, 이미지 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 작은 타겟 주기적 구조체들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 타겟들이 제품 영역들 내에 위치되는 경우, 제품 피처들도 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어 시스템(PU)이 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 패터닝 공정의 상이한 파라미터들을 측정하도록 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예시이다.
도 10은, 예를 들어 PCT 특허 출원 공개공보 WO 2011/012624호(본 명세서에서 그 전문이 인용참조됨)에서 설명된 방법을 이용하여, 성분 주기적 구조체들(32 내지 35)을 포함한 두 층들 간의 오버레이 오차(즉, 바람직하지 않고 의도하지 않은 오버레이 오정렬)가 측정되는 방식을 예시한다. 이 측정은 세기 비대칭의 측정을 얻기 위해 타겟 주기적 구조체들의 +1차 및 -1차 이미지들에서의 세기들을 비교함으로써(예를 들어, +2차 및 -2차와 같이 다른 대응하는 더 높은 차수의 세기들이 비교될 수 있음) 드러나는 바와 같은 타겟 비대칭의 식별을 통해 행해진다. 단계 S1에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀과 같은 리소그래피 장치를 통해 한 번 이상 처리되어, 주기적 구조체들(32 내지 35)을 포함한 타겟을 생성한다. S2에서, 도 7의 검사 장치를 이용하여, 주기적 구조체들(32 내지 35)의 이미지가 1차 회절 빔들 중 하나만(가령 -1)을 이용하여 얻어진다. 단계 S3에서, 검사 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. 결과적으로, +1 회절 방사선은 제 2 이미지에서 포착된다.
각각의 이미지에서 1차 회절 방사선 중 절반만을 포함함으로써, 본 명세서에서 언급되는 '이미지들'은 종래의 다크 필드 현미경 이미지들이 아니라는 것을 유의한다. 타겟 주기적 구조체들의 개별적인 타겟 피처들은 분해되지 않을 것이다. 각각의 타겟 주기적 구조체가 소정 세기 레벨의 영역에 의해 간단히 표현될 것이다. 단계 S4에서, 관심 구역(ROI)이 각각의 성분 타겟 주기적 구조체의 이미지 내에서 식별되고, 이로부터 세기 레벨들이 측정될 것이다.
각각의 개별적인 타겟 주기적 구조체에 대한 ROI가 식별되고 그 세기가 측정되면, 그 후 타겟의 비대칭 및 이에 따른 오버레이 오차가 결정될 수 있다. 이는 [예를 들어, 프로세서(PU)에 의해] 각각의 타겟 주기적 구조체(32 내지 35)에 대한 +1차 및 -1차에 대해 얻어지는 세기 값들을 비교하여, 이들의 세기 비대칭, 예를 들어 이들 세기의 여하한의 차이를 식별하는 단계 S5에서 행해진다. "차이"라는 용어는 감산(subtraction)만을 칭하도록 의도되지 않는다. 차이들은 비율의 형태로 계산될 수 있다. 단계 S6에서, 다수의 타겟 주기적 구조체들에 대한 측정된 세기 비대칭들은, 타겟 주기적 구조체들의 여하한의 알려진 부과된 오버레이 편향들의 정보와 함께, 타겟(T) 부근에서 패터닝 공정의 1 이상의 성능 파라미터를 계산하는 데 사용된다.
예를 들어, 디바이스 구조체, 오버레이 타겟 내의 하부 주기적 구조체 등의 생성을 가능하게 하기 위해, 에칭 장치가 하드 마스크 또는 기판의 기능 제품 층으로 마스크 패턴(예를 들어, 레지스트 패턴)을 전사한다. 그 결과, 에칭 장치에 의한 에칭은 하드 마스크 또는 기판의 기능 제품 층으로 1 이상의 트렌치 타입 피처를 형성한다. 일 실시예에서, 트렌치는 다양한 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 트렌치는 (예를 들어, 격자 라인을 형성하기 위해) 긴 직사각형 타입의 형상일 수 있거나, 또는 (예를 들어, 접촉홀을 형성하거나 격자 구조체를 형성하기 위해) 원형, 타원형 등과 같은 둥글거나 둥근 형상일 수 있다. 일 실시예에서, 트렌치는 직사각형 프로파일을 가질 수 있지만, 상이한 프로파일(예를 들어, 사다리꼴 프로파일)을 가질 수 있다.
트렌치(및 이에 따른 연계된 비-트렌치 부분들)의 형상 및 프로파일의 제어는, 종횡비(즉, 트렌치의 깊이 대 폭)가 증가하고 피처 크기들(예를 들어, 트렌치의 폭)이 더 작아짐에 따라 더 중요해지고 있다. 제어되어야 하는 하나의 에칭 파라미터는 에칭에서의 경사이다. 즉, 에칭이 발생하는 경사 방향을 제어하는 것이 바람직하다.
에칭에서의 경사에 영향을 미치는 측면은 이온 빔 경사이다. 전형적으로, 이온 빔은 기판의 주 평면 표면에 실질적으로 수직인 각도로 지향된다. 하지만, 이온 빔의 적어도 일부의 이온들의 궤적 각도가 수직으로부터 변동하는 경우, 기울어진 에칭된 프로파일(예를 들어, 수직으로부터 경사진 트렌치)이 발생할 수 있다. (이온 빔의 전부 또는 일부의) 이러한 이온 빔 경사는 특히 기판 에지에서 발생할 수 있다. 전기적으로 편향된 표면으로부터 접지 또는 부동 표면(floating surface)으로의 변화로 인해 기판 에지에서 생성되는 전압 구배가 발생할 수 있다. 이들 전압 구배는 기판 에지에서 플라즈마 시스(plasma sheath)를 구부리고, 이는 기판에 대한 이온들의 궤적을 변화시킨다. 따라서, 기판의 중심부에서의 이온들의 궤적은 본질적으로 표면에 수직일 수 있지만, 웨이퍼의 에지에서의 이온들의 궤적(예를 들어, 에지는 기판의 가장 바깥쪽 20 % 이하 부분, 기판의 가장 바깥쪽 10 % 이하 부분, 기판의 가장 바깥쪽 5 % 이하 부분, 또는 기판의 가장 바깥쪽 2 % 이하 부분, 또는 기판의 가장 바깥쪽 1 % 이하 부분으로 간주될 수 있음)은 수직과 상이할 수 있으며, 즉 이온 빔 경사를 갖는다. 플라즈마 에칭 장치의 전형적인 상황에서, 플라즈마 시스의 등전위선은 에칭 장치에서 테이블의 기판의 에지를 지나 급격하게 위로 구부러질 것이다. 따라서, 이를 해결하기 위해, 기판의 플라즈마-대면 영역(plasma-facing area)을 전기적으로 연장시키기 위해 기판 주위에 에지 링이 흔히 제공된다. 따라서, 에지 링은 기판의 에지 외부에서 어느 정도 연장되도록 플라즈마에 전기적으로 나타난다. 따라서, 플라즈마 시스의 등전위선은 기판의 전체 표면에 걸쳐 비교적 일정하게 유지되어, 기판 표면에 걸친 공정 균일성에 기여한다. 하지만, 실제로, 예를 들어 에지 링 마모, 에지 링과 테이블 사이의 전위차 등으로 인해 기판 에지에서 플라즈마 시스의 약간의 곡률이 여전히 존재할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 이온들의 궤적이 경사져, 에칭된 프로파일에서 바람직하지 않은 경사를 초래한다. 이는 기판의 중심부가 기판 표면에 실질적으로 수직인 이온들의 궤적을 갖는 경우에 훨씬 더 번거로울 수 있다. 이러한 것으로서, 기판 에지 주위의 기판의 영역들이 기판의 중심에 존재하는 플라즈마 환경과는 상이한 플라즈마 환경을 겪어, 기판 표면에 걸친 열악한 공정 균일성에 기여할 것이다.
따라서, 에칭 장치에는 이온들의 궤적을 튜닝 및/또는 제어할 수 있는 메카니즘들이 존재한다. 예를 들어, 에지 링과 테이블 사이의 전위는 기판 주위에서 변동될 수 있고, 아마도 공간적으로 그러하다. (이온 빔 경사를 포함하는) 에칭의 경사를 튜닝 및/또는 제어하기 위한 당업계의 다양한 다른 메카니즘들이 존재하며, 이들은 모두 본 발명에 의해 구상된다.
하지만, 에칭에서의 경사를 튜닝, 제어 및/또는 보정할 수 있기 위해서는, 먼저 이러한 경사의 발생 및 선택적으로 그 크기를 알 수 있는 방식이 요구된다. 따라서, 본 명세서에서 에칭된 프로파일을 측정함으로써 기판의 에칭된 프로파일에서 (에칭에서의 경사로부터 발생하는 기울어진 벽을 갖는 트렌치와 같은) 구조적 비대칭을 검출할 수 있는 메트롤로지 기술이 제공된다. 특히, 기판의 에칭된 프로파일의 측정을 통한 에칭에서의 경사의 존재를 경고하는 모니터링 신호가 제공된다. 바람직하게는, 모니터링 신호는 1 이상의 패터닝 공정 변동에 견고하다(예를 들어, 에칭 깊이 변동에 비교적 둔감함). 일 실시예에서, 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭의 모니터링 신호는 에칭된 프로파일의 앞서 설명된 바와 같은 재구성을 수행할 필요 없이, 예를 들어 에칭된 프로파일에 의해 전향되는 방사선을 예상 치수 파라미터들에 기초하여 계산되는 시뮬레이션 또는 모델링된 방사선과 비교하기 위해 시뮬레이터 또는 다른 수학적 모델을 사용하여 에칭된 프로파일의 다양한 치수 파라미터를 결정하지 않고도 에칭에서의 경사를 경고할 수 있다.
일 실시예에서, 구조적 비대칭을 검출하는 메트롤로지 기술은 에칭된 프로파일 상에 방사선을 제공한 후 방사선의 분석에 의해 에칭된 프로파일 상의 에칭에서의 경사(예를 들어, 이온 빔 경사)에 의한 구조적 비대칭의 적어도 일부분의 생성으로 인한 적어도 에칭에서의 경사의 존재를 결정하는 것을 수반하는 광학 기술이다. 일 실시예에서, 메트롤로지 기술에 의해 생성된 신호는 에칭 깊이 변동에 비교적 둔감하다. 즉, 일 실시예에서, 에칭에서의 경사를 식별하는 신호는 에칭 깊이에서 비교적 작은 변동이 존재하는 경우에도 에칭에서의 경사의 존재(또는 부재)를 올바르게 식별할 것이다. 일 실시예에서, 메트롤로지 기술에 의해 생성된 신호는 방사선 빔의 1 이상의 파라미터(예를 들어, 파장)의 변동에 비교적 둔감하다. 즉, 일 실시예에서, 에칭에서의 경사를 식별하는 신호는 방사선 빔의 1 이상의 파라미터에서 비교적 작은 변동이 존재하는 경우에도 에칭에서의 경사의 존재(또는 부재)를 올바르게 식별할 것이다.
이 메트롤로지 기술의 이해를 돕기 위해, 도 11a는 측면으로부터 단면도로 매우 개략적인 에칭된 프로파일(1400)을 예시한다. 이 예시에서, 트렌치(1410)가 하드 마스크 또는 기판의 다른 층 또는 부분에 에칭되었다. 이 경우, 트렌치(1410)는 트렌치(1410) 및 주기를 형성하는 그 1 이상의 측벽(1420)을 갖는 주기(1430)를 갖는 주기적 구조체의 일부를 형성한다. 또한, 트렌치(1410)는 폭(1440)(통상적으로, CD에 대응함) 및 깊이(1450)를 갖는다.
이 경우, 트렌치(1410)는 예를 들어 이온 빔 경사로 인해 기울기(1460)에 있다. 기울기(1460)는, 예를 들어 벽의 저부에 대한 벽의 최상부, 또는 그 역의 수평 거리 또는 각도에 의해 표현될 수 있다. 일 실시예에서, 본 명세서의 기울기는 (각도의 형태, 벽의 저부에 대한 벽의 최상부의 수평 거리의 형태, 또는 또 다른 형태에서) 측벽 각도(1470)에 의해 특징지어질 것이다. 이 예시에서, 트렌치(1410)의 양측에서의 측벽 각도들은 일반적으로 서로 미러링(mirror)한다(예를 들어, 한측은 88 도 및 다른 측은 92 도); 하지만, 양측의 측벽 각도들은 서로를 미러링할 필요는 없다[예를 들어, 한측은 88 도 및 다른 측은 91 도(또는 88 도)]. 일 실시예에서, 에칭에서의 경사로 인한 측벽 각도의 범위는 80 내지 89.9 도 및/또는 90.1 내지 100 도의 범위이다. 일 실시예에서, 에칭에서의 경사로 인한 측벽 각도의 범위는 85 내지 89.9 도 및/또는 90.1 내지 95 도의 범위이다.
도 11b는 도 11a의 에칭된 프로파일(1400)의 매우 개략적인 평면도를 예시한다. 이 예시에서, 1 이상의 측벽(1420)의 측벽 부분(1425)은 패턴 음영으로 도시되며, 이는 이 예시에서의 측벽 부분(1425)이 트렌치(1410)를 둘러싸는 다른 재료와 동일한 재료로 구성되지만 소정 각도로 기울어짐을 나타낸다. 또한, 트렌치(1410)는 위에서 볼 때 직사각형 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만 또 다른 형상(예를 들어, 원형 또는 타원형)을 가질 수 있다. 이 경우에 알 수 있는 바와 같이, 1 이상의 측벽(1480)은 90 도의 측벽 각도를 갖는다. 하지만, 에칭에서의 경사가 Y 방향 주위에 존재하는 경우, 1 이상의 측벽(1480)은 90 도가 아닌 측벽 각도를 가질 수 있다. 본 명세서에서의 예시들은 단지 X 방향 주위의 에칭에서의 경사에만 초점을 맞추지만, 본 명세서의 기재내용은 여하한의 방향 주위의 에칭에서의 경사에 적용가능하다.
따라서, 기울기(1460)가 없는 경우, 트렌치(1410) 주위의 모든 측벽 각도는 약 90 도일 것이다. 또한, 그 경우에, 트렌치(1410) 및 그 1 이상의 측벽(1420)은 직사각형 형상을 형성할 것이지만, 위에서 볼 수 있는 측벽 부분(1425)은 존재하지 않을 것이다. 따라서, 그 경우에, 트렌치(1410)는 트렌치 형상이 위에서 볼 때 기하학적 대칭을 갖고 트렌치(1410)를 구성하는 재료의 성질에 관하여 차이가 없기 때문에 대칭일 것이다.
하지만, 기울기(1460)와 함께, 트렌치(1410)는 이제 위에서 볼 때 트렌치 프로파일이 측벽 부분(1425)에서 변하는 깊이를 갖지만 트렌치(1410)의 반대측에서는 위에서 볼 때 이러한 변하는 깊이가 존재하지 않기 때문에 비대칭일 것이다(측벽 기울기는 립(lip) 아래에 있고, 이에 따라 방사선 빔에 의해 "보이지" 않을 것이다). 따라서, 트렌치(1410)는 측벽 각도가 트렌치 주위에서 대칭이 아닐 때마다 비대칭일 것이다. 즉, 트렌치는 비대칭 프로파일을 갖는다.
기울기(1460)의 효과가 도 12a 내지 도 12c에 매우 개략적으로 예시된다. 레지스트 층(1510), 하드 마스크(1520), 제품 층(1530), 및 디바이스 피처들(1540)을 포함하는 스택(1500)이 도시되어 있다. 또한, 점선(1550)은 레지스트 층(1510)의 패턴이 에칭되어야 하는 곳을 나타내도록 도시된다. 도 12a에서 알 수 있는 바와 같이, 및 점선(1550)에 의해, 에칭된 패턴이 디바이스 피처들(1540) 사이에서 거의 동일하게 이격된 것으로 제품 층(1530)에 나타나야 한다.
하지만, 도 12b는 도 12a에 나타낸 레지스트 층(1510)의 패턴을 사용하는 하드 마스크(1520)의 플라즈마 에칭(1560)의 예시적인 이온 빔 경사를 나타낸다. 도 12b에서, 레지스트 층(1510)은 에칭(또는 다른 공정)에 의해 제거되었다. 도 12b에서 알 수 있는 바와 같이, 에칭에 의해 하드 마스크(1520)에 기울어진 트렌치(1570)들이 형성된다.
도 12c를 참조하면, 하드 마스크(1520) 내의 트렌치(1570)들은 트렌치(1590)들을 형성하기 위해 또 다른 처리 단계(1580)(예를 들어, 에칭)를 사용하여 제품 층(1530)을 패터닝하는 데 사용된다. 처리 단계(1580)가 도 12c에 나타낸 바와 같이 90 도의 측벽 각도들을 갖는 트렌치(1590)들을 산출하더라도, 트렌치들이 도 12a의 점선(1550)들에 의해 요구되는 바와 같이 디바이스 피처들(1540) 사이에서 동일하게 이격된 것으로부터 시프트되었음을 알 수 있다. 오히려, 트렌치(1570)들은 바람직하지 않게 디바이스 피처들(1540) 사이에서 동일하게 않게 이격된다. 따라서, 기울기(1460)는 적절한 패턴 배치 및 아마도 디바이스 수율에 중요할 수 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 앞서 논의된 바와 같이, 에칭에서의 경사가 존재하는지의 여부를 광학적으로 결정하고, 이에 응답하여 에칭에서의 경사를 보정하도록 에칭 장치를 조정하는 것(예를 들어, 이온 빔 경사를 보정하는 것), 에칭에서의 경사의 효과를 보정하기 위해 또 다른 패터닝 공정 단계에서 조정을 수행하는 것, 기판의 재작업을 신호하는 것 등과 같은 적절한 단계들이 취해질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
앞서 명시된 바와 같이, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 광학 기술이 에칭에서의 경사에 의해 야기되는 트렌치(1410)의 비대칭을 이용한다. 특히, 방사선이 트렌치(1410) 상으로 투영되는 경우, 도 3 내지 도 9를 참조하여 앞서 설명된 바와 같은 메트롤로지 장치를 사용하여 측정된 퓨필이 퓨필 내의 방사선의 비대칭 공간/각도 분포를 나타낸다. 이 비대칭 공간/각도 분포 방사선은 측벽의 기울기 및 이에 따른 에칭에서의 경사를 식별하는 데 사용될 수 있다.
이 기술을 이용하기 위해, 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치는 앞서 논의된 바와 같은 대칭을 갖거나, 가질 수 있다. 예를 들어, 트렌치는 재료의 반사 대칭 및 균일성을 갖는다.
일 실시예에서, 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치는 (측벽 각도와 같은) 소정 피처에 대한 비대칭을 갖는다. 본 명세서의 실시예들은 그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치가 대칭일 때 에칭에서의 올바른 경사를 갖는 것에 초점을 맞춘다. 하지만, 그 대신에, 그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치는 소정 비대칭에 대해 에칭에서의 올바른 경사를 가질 수 있다. 그때, 적절한 오프셋들 및 계산들이 소정 비대칭을 가질 때 에칭에서의 올바른 경사를 갖는 그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치를 설명하는 데 사용될 것이다. 적절하게는, 그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치는 소정 피처 값에 따라 대칭이 변화할 수 있어야 한다(예를 들어, 비대칭이 되거나, 또는 더 비대칭이 되거나, 또는 비대칭 상황에서 대칭이 될 수 있어야 한다).
또한, 실제로, 타겟을 형성하기 위해 주기적으로 배치되는 복수의 트렌치들이 존재할 수 있다(이 타겟은 특별히 디바이스 구조체들로 만들어지거나 형성될 수 있음). 일 실시예에서, 트렌치의 인스턴스(instance)들은 격자로 배열된다. 일 실시예에서, 주기적 배열은 타겟 내에 기하학적 대칭을 갖는다.
따라서, 이 기술에서, 이후에 더 논의되는 바와 같이, 피처(예를 들어, 이온 빔 경사)를 결정할 수 있도록 관심 피처(예를 들어, 이온 빔 경사)에 관련되는 대칭의 변화(예를 들어, 기하학적 비대칭으로의 변화, 또는 더 기하학적 비대칭으로의 변화, 또는 기하학적 비대칭으로부터 기하학적 대칭으로의 변화)가 이용된다.
도 11에 도시된 바와 같은, 그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치의 물리적 인스턴스를 포함하는 타겟이, 예를 들어 도 3 내지 도 9 중 어느 하나의 메트롤로지 장치를 사용하여 방사선으로 조명될 수 있다. 타겟에 의해 전향된 방사선은, 예를 들어 검출기에 의해 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 전향된 방사선의 퓨필, 즉 푸리에 변환 평면이 측정된다. 예시적인 시뮬레이션되는 결정된 이러한 퓨필이 도 13a에서 퓨필 이미지로서 도시되어 있다. 이 예시적인 시뮬레이션되는 퓨필에서는, 단 2 개의 사분면만이 도시되지만, 이해하는 바와 같이 다른 사분면들이 측정/시뮬레이션될 수 있다. 본 명세서에서 퓨필 및 퓨필 평면이라는 용어는 (예를 들어, 특정 광학 시스템의 퓨필 평면이 식별되고 있는 경우) 문맥상 달리 요구되지 않는 한 여하한의 그 켤레(conjugates)를 포함한다. 퓨필 이미지는 효과적으로 전향된 방사선의 퓨필의 광학 특성(이 경우에는 반사율)에 관하여 명시되는 이미지이다.
편의를 위해, 본 명세서에서의 논의는 관심 광학 특성으로서 반사율에 초점을 맞출 것이다. 하지만, 본 명세서의 기술들은 세기, 편광 및/또는 위상과 같은 1 이상의 대안적 또는 추가적인 광학 특성과 함께 사용될 수 있다. 또한, 편의를 위해, 본 명세서에서의 논의는 전향된 방사선의 이미지들 및 특히 퓨필 이미지들의 검출 및 처리에 초점을 맞춘다. 하지만, 전향된 방사선의 광학적 속성들은 이미지들과 상이한 방식으로 측정 및 표현될 수 있다. 예를 들어, 전향된 방사선은 1 이상의 스펙트럼(예를 들어, 파장의 함수로서 세기)에 관하여 처리될 수 있다. 따라서, 전향된 방사선의 검출된 이미지는 전향된 방사선의 광학적 표현의 일 예시로서 간주될 수 있다. 따라서, 퓨필 평면 이미지의 경우, 퓨필 이미지는 퓨필 표현의 일 예시이다.
또한, 전향된 방사선은 편광될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 측정 빔 방사선은 편광된 방사선이다. 일 실시예에서, 측정 빔 방사선은 선형 편광된다.
그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 비대칭 트렌치에 대응하는 도 13a의 퓨필 이미지와 관련하여, 반사율 분포는 퓨필 이미지 내에서 본질적으로 대칭인 것처럼 시각적으로 보인다. 하지만, 퓨필 이미지 내에 비대칭 반사율 분포 부분이 존재한다. 이 비대칭 반사율 분포 부분은 그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치에서의 비대칭으로 인한 것이다. 또한, 비대칭 반사율 분포는 퓨필 이미지에서 대칭 반사율 분포 부분보다 크기가 상당히 더 낮다.
따라서, 일 실시예에서, 비대칭 반사율 분포 부분을 더 효과적으로 격리시키기 위해, 대칭 반사율 분포 부분은 퓨필 이미지로부터 제거될 수 있으며, 이는 도 13b의 도출된 퓨필 이미지를 유도한다. 대칭 반사율 분포 부분을 제거하고 도출된 퓨필 이미지를 얻기 위해, 특정 퓨필 이미지 픽셀(예를 들어, 한 픽셀)이 그 특정 퓨필 이미지 픽셀에서의 반사율로부터 대칭으로 위치된 퓨필 이미지 픽셀의 반사율을 감산함으로써, 및 그 역에 의해 제거되는 대칭 반사율 분포 부분을 가질 수 있다(예를 들어, 180 도에 위치됨). 일 실시예에서, 각각의 픽셀은 검출기의 픽셀에 대응할 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없으며; 예를 들어, 퓨필 이미지 픽셀이 검출기의 복수의 픽셀들일 수 있다. 또한, 픽셀들이 언급되지만, (예를 들어, 영역들이 하나의 픽셀 또는 복수의 픽셀들을 포함하는 경우) 영역들에 관하여 고려될 수도 있다. 일 실시예에서, 픽셀 반사율들이 감산되는 대칭 지점 또는 축선은 그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 트렌치의 대칭 지점 또는 축선에 대응한다. 따라서, 예를 들어 도 13a의 퓨필 이미지를 고려하면, 대칭 반사율 분포 부분은 예를 들어 나타낸 특정 픽셀에서의 반사율(Ri)로부터 대칭으로 위치된 픽셀, 즉 지점/축선(A)에 대해 대칭으로 위치되는 지점으로부터의 반사율(Ri')을 감산함으로써 제거될 수 있다. 따라서, 대칭 반사율 부분이 제거되는 지점을 갖는 특정 픽셀에서의 반사율(Si)은 Si = Ri - Ri'이다. 이는 퓨필 이미지의 복수의 픽셀들, 예를 들어 퓨필 이미지 내의 모든 픽셀들에 대해 반복될 수 있다. 일 실시예에서, 값들(Si)은 정규화된 값들일 수 있다. 즉, 이들은 반사율 값으로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 이들은 고려중인 영역들/지점들에 대한 평균 반사율[예를 들어, (abs(Ri)+abs(Ri')) /2]에 의해 정규화될(즉, 나누어질) 수 있다.
도 13b의 도출된 퓨필 이미지에서 알 수 있는 바와 같이, 그 연계된 1 이상의 측벽을 갖는 비대칭 트렌치의 물리적 인스턴스를 사용하여 얻어진 반사율 분포는 대칭이 아니다. 구역들(1600 및 1610)에서 알 수 있는 바와 같이, 일단 대칭 반사율 분포 부분이 제거되면 볼 수 있는 비대칭 반사율 분포 부분이 존재한다(본 명세서에서 비대칭 반사율이라고 하며, 이는 본 명세서에 논의된 바와 같이 정규화될 수 있음). 스케일로부터 알 수 있는 바와 같이, 일 실시예에서, 비대칭 반사율의 크기는 일반적인 반사율에 비해 작다(예를 들어, 도 13a에 대해 대략 0.3이 평균 반사율이지만, 도 13b에 대해 약 0.003이 가장 높은 반사율임을 참조). 따라서, 비대칭 반사율은 약한 신호를 나타낼 수 있다.
또한, 도 13c는 도 13b의 대각선(1620)을 따른 비대칭 반사율 값들을 나타낸다. 도 13c의 그래프에서, 수직축은 비대칭 반사율 값에 대응하고, 수평축은 개구수 및 이에 따른 대각선을 따른 위치에 대응하며, 이때 0은 도 13b의 퓨필의 중심에 대응하고 1은 퓨필의 외측 경계에 대응한다. 일 실시예에서, 비대칭 반사율은 큰 입사각(NA)에서만 효과적으로 관찰가능해진다(또한, 그렇더라도 비교적 약할 수 있다)는 것을 도 13c로부터 알 수 있다.
하지만, 비대칭 반사율이 비교적 약하고 및/또는 비교적 높은 입사각에서만 효과적으로 관찰가능할 가능성에도 불구하고, 기하학적 도메인에서의 비대칭이 퓨필에서의 비대칭에 대응할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, (연계된 1 이상의 측벽을 갖는) 1 이상의 트렌치의 물리적 인스턴스의 대칭의 변화를 야기하는(예를 들어, 비대칭을 야기하거나, 추가 비대칭을 야기하거나, 비대칭 구성을 대칭이 되게 하는) 물리적 구성 변화에 대응하는 파라미터(예를 들어, 이온 빔 경사)를 결정하기 위해 고유 대칭을 갖거나 가질 수 있는 (연계된 1 이상의 측벽을 갖는) 1 이상의 트렌치의 광학적 응답을 사용하는 방법이 제공된다. 특히, 일 실시예에서, 메트롤로지 장치에 의해 측정된 바와 같은 퓨필에서의 에칭 경사 유도 비대칭(또는 그 부족)이 에칭 경사의 존재를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 퓨필 비대칭은 타겟 내의 (연계된 1 이상의 측벽을 갖는) 1 이상의 트렌치의 물리적 인스턴스 내에서 에칭에서의 경사 효과의 발생을 결정하는 데 사용된다.
이제, 비대칭 반사율이 비교적 약하고 및/또는 비교적 높은 입사각에서만 효과적으로 관찰가능할 가능성과 함께, 기판 자체의 비교적 작은 경사도 전향된 방사선에서 비대칭을 도입할 수 있다. 기판 경사로부터 발생하는 이 비대칭은 도 14에 개략적으로 도시되어 있다. 도 14는 기판과 관련하여 메트롤로지 장치(1700)의 광학 대물렌즈의 매우 개략적인 표현이다.
메트롤로지 장치의 대물렌즈(1730)는 기판(1740)과 함께 도시되어 있다. 이 예시에서 알 수 있는 바와 같이, 기판(1740)은 경사(1750)에 있다. 따라서, 경사진 기판(1740)이 [이 예시에서는 부분 반사 거울(1720)에 의해 대물렌즈(1730)로 지향되는] 조명(1710)에 의해 조명되는 경우, 대물렌즈(1730)를 통과한 후 기판(1740)에 의해 전향된 방사선은 대물렌즈(1730)[및 이 예시에서는 부분 반사 거울(1720)]를 다시 통과하여 퓨필의 제 1 측에서 검출기(편의상 도시되지 않음)에 방사선(1760)을, 및 퓨필의 중심을 가로질러 제 1 측에 반대인 퓨필의 제 2 측에서 방사선(1770)을 제공한다.
이 상황에서, 방사선(1760 및 1770) 사이의 반사율의 비대칭(이 차이는 0인 경사에서의 기판의 반사율에 대해 더 정규화됨)은 다음 공식에 의해 설명될 수 있는 것을 결정되었다:
Figure pct00001
(6)
여기서, θ는 방사선의 입사 위치에서의 기판의 경사(예를 들어, 경사 1750)에 대응하고, Rl은 퓨필의 제 1 측에서의 반사율(예를 들어, 방사선 1760에 대한 반사율)에 대응하며, Rr은 퓨필의 중심에 대해 제 1 측에 반대인 퓨필의 제 2 측에서의 반사율(예를 들어, 방사선 1770에 대한 반사율)에 대응하고, R0은 θ=0(예를 들어, 0의 경사 1750)일 때의 반사율에 대응하며, NA는 대물렌즈의 개구수에 대응한다.
도 15는 기판의 소정 경사 각도에서 기판으로부터의 방사선의 반사율에서의 상대 비대칭의 예시적인 그래프이다. 수직축은 퓨필의 제 1 및 제 2 측들에서의 반사율의 정규화된 비대칭, 예를 들어
Figure pct00002
이고, 수평축은 개구수이다. 이 경우, 상대 비대칭 값들은 입사 위치에서의 1 mrad의 기판 경사에 대해 결정된다. 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 작은 기판 경사에 대해서도 반사율의 상대 비대칭의 효과는 (앞서 논의된 바와 같은 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭으로 인한 반사율의 비대칭과 마찬가지로) 개구수 증가에 따라 크게 증가한다. 또한, 기판 경사로 인한 반사율에서의 비대칭의 크기는 앞서 논의된 바와 같은 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭으로 인한 반사율의 비대칭보다 크지는 않더라도 비슷할 수 있다. 따라서, 문제는 기판 경사도 퓨필에서 비대칭을 생성하지만, 이 비대칭은 파장에 의존하지 않는 것으로 결정되었다는 것이다. 따라서, 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭으로 인한 반사율의 비대칭을 기판 경사로 인한 반사율의 비대칭으로부터 분리하는 것이 바람직하다. 기판 경사로 인한 반사율의 비대칭 및 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭으로 인한 반사율의 비대칭 모두가 기판 회전과 함께 회전하기 때문에, 기판을 180 ° 회전시키는 것은 선택사항이 아니다.
또한, 예시적인 0.1 ° 메트롤로지 정밀도가 요구되는 경우, 이는 대략 다음의 반사율에서의 측정된 비대칭에 대응한다:
Figure pct00003
(10)
여기서, 2 °는 수직으로부터의 측벽 각도 변동의 예시적인 근사이다. 하지만, 도 15와 관련하여, 1 mrad의 기판 경사가 이미 약 0.9의 NA에서 약 4×10-3의 비대칭 반사율 값을 제공한다. 따라서, 이 예시적인 경우에서의 한가지 선택사항은 측정된 비대칭이 원하는 0.1 ° 메트롤로지 정밀도를 얻기 위해 5×10-4의 범위에 있을 수 있도록 국부적인 기판 경사를 약 100 μrad 내로 제어하는 것이다. 하지만, 이는 기판의 에지에서 매우 어려울 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭으로 인한 반사율에서의 비대칭을 기판 경사로 인한 반사율에서의 비대칭으로부터 분리하기 위해, 관심있는 에칭된 프로파일이 동일한 기판 경사 조건들 하에 2 개의 상이한 파장들에서 측정되어(예를 들어, 상이한 파장들에서의 조명 사이에서 기판과 측정 조명 빔 경로 간의 상대 이동이 없음), 각각의 파장에서 총 비대칭 반사율 값들(예를 들어, 정규화된 비대칭 반사율 값들)을 얻는다. 그 후, 그 값들에 대한 기판 경사의 기여를 효과적으로 제거하는 총 비대칭 반사율 값들 간의 차이가 발견되며, 즉 기판 경사로 인한 반사율의 비대칭이 제거된다. 이는 기판 경사로 인한 비대칭 반사율 값들에 대한 기여가 파장에 독립적이므로 기판 경사로 인한 비대칭 반사율 값들에 대한 기여의 동일한 양이 총 비대칭 반사율 값들 모두에 공통이기 때문이다. 결과는 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭으로 인한 비대칭 반사율 값이다. 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭으로 인한 비대칭 반사율 값이 0이 아닌 경우, 에칭된 프로파일에서 아마도 구조적 비대칭이 존재하고, 이에 따라 에칭에서의 잠재적인 경사(예를 들어, 이온 빔 경사)를 나타낸다. 일 실시예에서, 기술은 80 내지 89.9 도 및/또는 90.1 내지 100 도의 범위에서 에칭에서의 경사를 검출할 수 있다(이때, 90 도가 기판의 주 표면에 수직임). 일 실시예에서, 기술은 수직으로부터 5 도 내에서, 예를 들어 85 내지 89.9 도 및/또는 90.1 내지 95 도의 범위에서 에칭에서의 경사를 검출할 수 있다.
따라서, 이 공정을 가능하게 하기 위해, 관심있는 에칭된 프로파일이 측정되어야 하는 적어도 2 개의 상이한 파장들이 식별되어야 한다. 도 16은 에칭된 프로파일을 갖는 기판으로부터의 비대칭 반사율 값들의 예시적인 그래프이다. 수평축은 측정 방사선의 파장에 대응한다. 수직축은 비대칭 반사율(즉, 퓨필 위치에 대한 반사율 값과 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치되는 지점인 또 다른 퓨필 위치에 대한 반사율 값 간의 차이)이다. 도 16의 경우, 비대칭 반사율은 이 경우에는 평균[예를 들어, 평균(mean)] 반사율에 의해 정규화된다. 따라서, 수직축은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00004
(11)
여기서, R0은 제 1 퓨필 위치(예를 들어, 픽셀, 복수의 픽셀들, 영역 등)에 대한 반사율의 값이고, R180은 제 2 퓨필 위치(예를 들어, 대응하는 픽셀, 복수의 픽셀들, 영역 등)에 대한 반사율의 값이며, 제 2 퓨필 위치는 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치되는 지점이고, RM은 제 1 및 제 2 퓨필 위치들에 대한 반사율의 평균[예를 들어, 평균(mean)] 값이다[예를 들어, (abs(R0)+abs(R180))/2].
또한, 에칭된 프로파일의 3 개의 상이한 에칭 깊이들 각각에 대한 데이터가 도 16에 도시되어 있다. 이 예시에서, 데이터는 280 nm, 300 nm 및 320 nm 에칭 깊이들에 대해 제공된다. 구체적으로, 라인(1900)이 280 nm 에칭 깊이에 대응하고, 라인(1910)이 300 nm 에칭 깊이에 대응하며, 라인(1920)이 320 nm 에칭 깊이에 대응한다.
도 16의 예시에서, 데이터는 시뮬레이터에 의해 생성되었다. 추가적으로 또는 대안적으로, 데이터는 복수의 상이한 파장들에서 각각 상이한 에칭 깊이들을 갖는 에칭된 관심 프로파일을 조명함으로써 실험에 의해 생성될 수 있다. 또한, 데이터는 도 16에 나타낸 바와 같이 그래프이지만, 이렇게 그래프로 표시될 필요는 없다. 도 16에 나타낸 바와 같이 곡선을 생성하지 않고도 기본 데이터에 대해 여하한의 분석이 수행될 수 있다.
도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 트렌치 구조적 비대칭으로 인한 퓨필 비대칭은 스윙 곡선(swing curve)을 나타낸다. 즉, 일 실시예에서, 퓨필 비대칭은 파장에 따라 변동한다. 스윙 곡선은 적절한 파장들이 선택되는 것을 전제로, 상이한 파장들에서의 총 비대칭 반사율 값들 간의 차이가 에칭된 프로파일에서의 구조적 비대칭으로 인한 비대칭 반사율 값을 유지하면서 기판 경사로 인한 비대칭 반사율 값을 제거하는 데 효과적인 이유를 나타낸다.
일 실시예에서, 선택된 2 개의 상이한 파장들은 스윙 곡선의 반대측에 있는 파장들, 즉 비대칭 반사율이 양의 값을 갖는 제 1 파장 및 비대칭 반사율이 음의 값을 갖는 제 2 파장이다. 일 실시예에서, 2 개의 상이한 파장들은 스윙 곡선을 따라 최대 및 최소 피크들에서, 또는 각각의 최대 및 최소 피크 값들로부터 최대 및 최소 피크 값들의 20 % 이내, 10 % 이내 또는 5 % 이내의 값(예를 들어, 최대 및/또는 최소 피크 값의 80 % 내지 100 %, 최대 및/또는 최소 피크 값의 90 내지 100 %, 또는 최대 및/또는 최소 피크 값의 95 내지 100 %)에서 선택된다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 파장들은 상이한 에칭 깊이들 각각에 대해 앞선 기준 중 어느 것을 만족시키는 것으로 선택된다. 예를 들어, 파장(1940)(예를 들어, 약 780 nm)은 곡선들(1900, 1910 및 1920) 각각이 최대 피크 부근에 있는 우수한 후보이다. 유사하게, 파장(1930)(예를 들어, 약 550 nm)은 곡선들(1900, 1910 및 1920) 각각이 최소 피크 부근에 있는 또 다른 우수한 후보이다. 또 다른 예시로서, 파장(1950)(예를 들어, 약 415 nm)은 곡선들(1900, 1910 및 1920) 각각이 최대 피크 부근에 이는 우수한 후보이다. 또한, 파장(1960)(예를 들어, 약 605 nm)은 곡선들(1900, 1910 및 1920) 각각이 최소 피크 부근에 있는 또 다른 우수한 후보이다[하지만, 이후 설명되는 바와 같이, 곡선들(1900, 1910 및 1920) 각각의 값들이 거의 동일한 이점을 가짐].
일 실시예에서, 2 개의 상이한 파장들은 파장에서의 비대칭 반사율의 각각의 값들이 에칭된 프로파일의 에칭 깊이의 변동에 비교적 둔감하도록 선택된다. 다시 말해서, 바람직하게는, 2 개의 상이한 파장들은 복수의 에칭 깊이들 각각에 대해 동일하거나 거의 동일한 비대칭 반사율의 각각의 값들을 갖는다. 이 방식으로, 에칭된 프로파일의 에칭 깊이 변동은 에칭 공정의 일부로서 변동할 수 있지만, 에칭에서의 경사를 알릴 상이한 파장들에서의 측정된 값들을 여전히 산출한다. 일 실시예에서, 비교적 둔감하다는 것은 에칭 깊이의 ±20 % 이하, ±10 % 이하 또는 ±5 % 이하의 변화가 비대칭 반사율의 값의 ±20 % 이하, ±10 % 이하 또는 ±5 % 이하의 변화를 산출한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 파장들(1930, 1940, 1950 및 1960) 각각은 상이한 에칭 깊이들을 나타내는 곡선들(1900, 1910 및 1920) 각각이 비대칭 반사율의 실질적으로 동일한 또는 유사한 값을 산출하는 우수한 후보이다.
일 실시예에서, 2 개의 상이한 파장들은 파장에서의 비대칭 반사율의 각각의 값들이 측정 방사선 빔의 파장의 변동에 비교적 둔감하도록 선택된다. 다시 말해서, 바람직하게는, 2 개의 상이한 파장들은 각각의 파장들에 가까운 복수의 파장들 각각에 대해 동일하거나 거의 동일한 비대칭 반사율의 각각의 값들을 갖는다. 일 실시예에서, 비교적 둔감하다는 것은 특정 파장의 ±15 % 이하, ±10 % 이하 또는 ±5 % 이하의 변화가 비대칭 반사율의 값의 ±15 % 이하, ±10 % 이하 또는 ±5 % 이하의 변화를 산출한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 파장들(1930, 1940, 1950 및 1960) 각각은 곡선들(1900, 1910 및 1920) 각각이 파장의 변동에도 불구하고 비대칭 반사율의 실질적으로 동일한 또는 유사한 값이 측정되도록 비교적 낮은 기울기를 갖는 우수한 후보들이다.
따라서, 스윙 곡선의 반대측에서의 파장들 및/또는 비대칭 반사율의 값들이 비교적 둔감한 파장들을 선택함으로써, 메트롤로지는 예를 들어 (100 nm 이하의 피치들과 같은) 디바이스 피치에서의 패턴들에서 비대칭의 존재를 (예를 들어, 에칭 깊이 변동과 같은 공정 변동에 대해) 견고하게 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 에칭된 프로파일은 약 100 nm 이하의 피치를 갖는다. 이 피치들은 기능 디바이스 구조체 피치들을 나타내고, 따라서 에칭된 프로파일은 디바이스 구조체들의 에칭을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 약 100 nm 이하의 피치를 갖는 에칭된 프로파일은 400 nm 이상의 파장을 갖는 방사선으로 측정된다.
일 실시예에서, 400 nm 이상의 파장을 갖는 측정 방사선으로 100 nm 이하의 피치에서, 전향된 방사선은 실질적으로 단지 0차 회절 방사선이며, 이때 비대칭 신호는 비교적 약하고 일반적으로 앞서 설명된 바와 같이 큰 입사각에서만 보일 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 퓨필 표현은 주로 또는 실질적으로 타겟으로부터 전향된 방사선의 1차 회절로 구성된다. 예를 들어, 방사선은 특정 차수의 방사선의 80 % 이상, 85 % 이상, 90 % 이상, 95 % 이상, 98 % 이상 또는 99 % 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 퓨필 표현은 주로 또는 실질적으로 0차 전향된 방사선으로 구성된다. 이는, 예를 들어 타겟의 피치, 측정 방사선의 파장, 및 선택적으로 1 이상의 다른 조건이 타겟을 (1 이상의 더 높은 차수의 방사선이 존재할 수 있지만) 주로 0차로 전향하게 하는 경우에 발생할 수 있다. 일 실시예에서, 퓨필 표현의 대부분은 0차 전향된 방사선이다. 하지만, 일 실시예에서, 퓨필 표현은 실질적으로 0차 방사선만을 포함할 필요는 없다.
일 실시예에서, 측정 조명 빔의 빔 스폿은 구조적 비대칭을 갖는 트렌치 또는 복수의 트렌치들로 채워져서, 측정된 퓨필 비대칭이 실질적으로 에칭에서의 경사에 의해 야기된 구조적 비대칭에만 대응하도록 한다. 에칭에서의 경사를 야기하지 않는 구조적 비대칭을 갖는 다른 구조체들이 빔 스폿에 존재하는 경우, 이들은 차단되거나 분석으로부터 제거되어야 한다. 일 실시예에서, 빔 스폿은 구조적 비대칭을 갖는 트렌치 또는 복수의 트렌치들 외에, 반사율의 비대칭에 기여하지 않아야 하므로 평탄한 표면들 또는 대칭 구조체들을 조명할 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 방법의 단계들의 흐름도이다. 이 방법의 모든 단계들이 함께 수행될 필요는 없다. 또한, 1 이상의 단계가 선택적일 수 있다(예를 들어, 2 개의 상이한 파장들이 달리 알려져 있는 경우에 단계 2000은 필요하지 않음).
2000에서, 에칭된 프로파일을 생성하는 데 사용된 에칭에서의 경사의 발생을 결정하기 위해 에칭된 프로파일의 광학 특성이 측정될 수 있는 2 이상의 상이한 파장들을 찾기 위해 분석이 수행된다. 일 실시예에서, 분석은 도 16을 참조하여 앞서 설명된 것일 수 있다.
2010에서, 측정 방사선의 2 이상의 파장들 중 제 1 파장에서 측정되는 에칭된 프로파일에 대해 결정된 광학 특성(예를 들어, 반사율)의 제 1 값이 얻어진다. 이는 제 1 광학 특성 값을 결정하기 위해 제 1 파장에서의 측정 방사선으로 관심있는 에칭된 프로파일을 측정하는 것을 수반할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 광학 특성 값은 비대칭 광학 특성 값(즉, 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값과 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치된 지점인 또 다른 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값 간의 차이)이다. 일 실시예에서, 제 1 광학 특성 값은 정규화된 값이다. 이 측정은 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명된 바와 같은 장치를 사용할 수 있다.
2020에서, 측정 방사선의 2 이상의 파장들 중 제 2 파장에서 측정되는 에칭된 프로파일에 대해 결정된 광학 특성(예를 들어, 반사율)의 제 2 값이 얻어진다. 이는 제 2 광학 특성 값을 결정하기 위해 제 2 파장에서의 측정 방사선으로 관심있는 에칭된 프로파일을 측정하는 것을 수반할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 광학 특성 값은 비대칭 광학 특성 값(즉, 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값과 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치된 지점인 또 다른 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값 간의 차이)이다. 일 실시예에서, 제 2 광학 특성 값은 정규화된 값이다. 이 측정은 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명된 바와 같은 장치를 사용할 수 있다.
2030에서, 제 1 및 제 2 광학 특성 값들 간의 차이를 나타내는 도출된 값이 얻어진다. 예를 들어, 도출된 값은 제 1 및 제 2 파장들 각각에서 조명 빔으로 수행되는 측정들로 결정된 비대칭 광학 특성 값들 간의 차이일 수 있다. 일 실시예에서, 도출된 값은 (예를 들어, 제 1 및 제 2 광학 특성 값들이 각각의 정규화된 값들인 경우) 정규화된 값이다.
2040에서, 제 1 및 제 2 광학 특성 값들 또는 도출된 값에 기초하여, 에칭된 프로파일을 형성하는 에칭에서의 경사의 발생이 결정된다. 일 실시예에서, 에칭에서의 경사의 발생은 도출된 값이 0이 아니거나 (예를 들어, 오차를 설명하는) 소정 임계량을 초과할 때 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 에칭에서의 경사의 발생은 제 1 및 제 2 광학 특성 값들이 동일하지 않거나 이들 간의 차이가 (예를 들어, 오차를 설명하는) 소정 임계량을 초과할 때 결정될 수 있다.
2050에서, 에칭에서의 경사의 발생을 결정하는 것에 응답하여, 1 이상의 동작이 수행될 수 있다.
하나의 예시적인 동작은 기판에 대한 오차를 개시하는 것이다. 예를 들어, 오차 신호는 기판이 추가로 처리되지 않아야 하고, 재작업되어야 하며, 폐기되어야 한다는 것 등을 나타낼 수 있다. 오차 신호는 그 연계된 공정(예를 들어, 재작업, 폐기 등)을 착수하도록 자동으로 처리될 수 있다.
또 다른 예시적인 동작은 에칭에서의 경사의 효과를 보정하기 위해 패터닝 공정 단계에서 조정을 수행하는 것이다. 예를 들어, 에칭된 프로파일을 생성하는 데 사용된 패터닝 공정 또는 또 다른 패터닝 공정의 일부에 대해 피드백(또는 피드포워드) 보정(예를 들어, 리소그래피 단계에서의 보정)이 수행될 수 있다. 예를 들어, 에칭에서의 식별된 경사와 연계된 패턴 시프트를 설명하기 위해 정렬 또는 광학 보정이 수행될 수 있다. 또 다른 예시로서, 패터닝 공정의 일부의 디자인이 변화될 수 있다(예를 들어, 에칭 마스크의 재료, 두께 등의 변화, 패터닝 디바이스 패턴의 변화 등).
또 다른 예시적인 동작은 에칭에서의 경사를 보정하도록 에칭 장치를 조정(예를 들어, 이온 빔 경사를 보정)하는 것이다. 예를 들어, 에칭에서의 경사의 발생은 예를 들어 에칭 장치의 전부 또는 일부의 수리 또는 교체, 에칭 장치의 유지보수 필요성 등을 필요로 하는 에칭 장치의 결함을 식별할 수 있다. 이러한 수리, 교체 또는 유지보수 후, 에칭에서의 경사가 보정될 수 있다.
에칭에서의 경사를 보정하기 위해 에칭 장치를 조정하는 또 다른 예시로서, 에칭 장치의 튜닝 또는 제어 특징부가 에칭에서의 경사의 양을 튜닝 또는 제어하는 데 사용될 수 있다(바람직하게는, 본질적으로 기판에 수직인 것과 같은 원하는 경사로 경사를 보정 또는 제어함). 따라서, 일 실시예에서, 에칭에서의 경사의 튜닝 또는 제어는 단계 2040에서의 분석의 결과들에 기초할 수 있다. 이러한 튜닝 또는 제어를 용이하게 하기 위해, 에칭에서의 경사의 성질(예를 들어, 각도)이 결정되어야 한다. 에칭에서의 경사의 값(예를 들어, 이온 빔 경사 각도)은 1 이상의 다양한 방식으로 행해질 수 있다.
경사의 성질을 결정하는 기본 예시로서, 에칭된 프로파일은 예를 들어 스캐닝 전자 현미경으로 검사될 수 있다. 일 실시예에서, 에칭된 프로파일은 측벽 각도 경사를 결정하기 위해 슬라이스(slice) 및 이미징될 수 있다.
경사의 성질을 결정하는 또 다른 예시로서, 앞서 설명된 바와 같은 재구성이 수행되어 1 이상의 측벽 각도 및 이러한 1 이상의 측벽 각도를 생성하는 이온 빔 경사를 도출한다. 이는 에칭에서의 경사가 이미 식별된 경우에만, 또는 대부분 그 경우에만 재구성이 수행될 수 있기 때문에 계산적으로 더 효율적일 수 있다.
경사의 성질을 결정하는 또 다른 예시로서, 본 명세서에서 설명된 기술들이 각각의 에칭된 프로파일을 얻기 위해 다양한 특정 각도들로 설정되는 에칭에서의 경사와 함께 사용되고, 그 후 그 에칭된 프로파일들이 그 설정된 각도들에 대해 비대칭 반사율의 값들을 얻기 위해 측정되는 "세트-겟(set-get)" 캘리브레이션 방법이 수행될 수 있다. 그 후, 후속한 에칭된 프로파일이 에칭에서의 경사를 알리는 비대칭 반사율 값을 얻기 위해 측정되는 경우, 그 비대칭 반사율 값은 캘리브레이션 비대칭 반사율 값들에 비교되어 에칭에서의 연계된 경사 각도를 결정할 수 있다. 정확한 매칭이 이용가능하지 않은 경우, 보간 또는 외삽이 사용되어 추산된 이온 빔 경사 각도에 도달할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 설명된 기술들에 의해, 예를 들어 복잡하고 복합적인 재구성 또는 파괴적 및/또는 시간 소모적인 이미징을 수행할 필요 없이 에칭에서의 경사를 식별하는 것이 가능하다. 또한, 일 실시예에서, 본 명세서에 설명된 기술들은 기판 경사를 설명할 수 있기 때문에 측정 동안 매우 정밀한 경사 제어를 회피할 수 있다.
설명 대부분은 구체적으로 측정을 위해 디자인되고 형성되는 메트롤로지 타겟들로서 타겟 구조체들에 초점을 맞추지만, 다른 실시예들에서 에칭에서의 경사는 기판 상에 형성되는 디바이스들의 기능부들인 타겟들을 사용하여 결정될 수 있다. 많은 디바이스들이 격자와 비슷한 규칙적인 주기적 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "타겟", "격자" 또는 타겟의 "주기적 구조체"라는 용어는, 적용가능한 구조체가 구체적으로 수행되는 측정을 위해 제공되었음을 요구하지 않는다. 또한, 메트롤로지 타겟의 피치(P)가 측정 툴의 광학 시스템의 분해능 한계에 가깝지만, 타겟부(C)들에서 패터닝 공정에 의해 만들어지는 통상적인 제품 피처들의 치수보다 더 클 수 있다. 실제로, 주기적 구조체들의 피처들 및/또는 공간들은 제품 피처들과 치수가 유사한 더 작은 구조체들을 포함하도록 이루어질 수 있다.
또한, 논의는 예를 들어 광학 특성의 개별 픽셀 값들에 초점을 맞췄지만, 본 명세서의 기술들은 픽셀 값들의 집합 또는 영역들에 대한 값들에 기초할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서의 기술들은 광학 특성의 통계적 측정(예를 들어, 수학적 평균)에 기초할 수 있다. 일 예시로서, 계산들 및 비교들은 퓨필의 소정 구역(예를 들어, 사분면)에 대한 수학적 평균에 기초할 수 있고, 이는 그 후 (예를 들어, 2 개의 상이한 영역들에 대한 평균들의 평균에 의해) 정규화될 수 있다.
일 실시예에서, 측정 방사선의 제 1 파장에서 측정되는 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 1 값을 얻고, 측정 방사선의 제 2 파장에서 측정되는 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 2 값을 얻으며, 제 1 값과 제 2 값 간의 차이를 나타내는 도출된 값을 얻는 단계; 및 하드웨어 컴퓨터에 의해, 및 제 1 및 제 2 값들 또는 도출된 값에 기초하여, 에칭된 프로파일을 형성하는 에칭에서의 경사의 발생을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 값들은 에칭에서의 경사로 인해 야기되는 구조적 비대칭을 갖는 에칭된 프로파일에 대해 얻어진다. 일 실시예에서, 결정하는 단계는 도출된 값에 기초한다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 파장들은 제 1 및 제 2 값들이 에칭된 프로파일의 에칭 깊이의 변동에 비교적 둔감하도록 이루어진다. 일 실시예에서, 비교적 둔감하다는 것은 에칭 깊이의 ±20 % 이하의 변화가 제 1 및 제 2 값들의 ±20 % 이하의 변화를 산출한다는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 광학 특성은 반사율이다. 일 실시예에서, 광학 특성 값들은 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값을 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치된 지점인 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값으로부터 감산함으로써 얻어지는 비대칭 광학 특성 값들을 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 값은 음의 값이고 제 2 값은 양의 값이거나, 또는 그 역이다. 일 실시예에서, 광학 특성 값들은 정규화된 값들이다. 일 실시예에서, 에칭에서의 경사는 이온 빔 경사를 포함한다. 일 실시예에서, 에칭된 프로파일은 약 100 nm 이하의 피치를 갖는다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 파장들은 400 nm 내지 800 nm의 범위에서 선택된다. 일 실시예에서, 에칭에서의 경사의 발생은 기판의 주 표면의 수직의 5 도 이내의 경사 발생을 포함한다.
일 실시예에서, 측정 방사선의 복수의 상이한 파장들 각각에서 기판의 비대칭 에칭된 프로파일에 대해 비대칭 광학 특성 값들을 얻는 단계 -에칭된 프로파일의 비대칭은 에칭에서의 경사에 의해 야기되고, 비대칭 광학 특성 값들 각각은 제 1 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값과 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치되는 지점인 제 2 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값 간의 차이에 대응함 -; 및 하드웨어 컴퓨터에 의해, 및 값들에 기초하여, 비대칭 광학 특성 값들의 제 1 값이 음인 측정 방사선의 제 1 파장 및 비대칭 광학 특성 값들의 제 2 값이 양인 측정 방사선의 제 2 파장을 식별하는 단계를 포함하는 방법이 제공되고, 또 다른 에칭된 프로파일의 에칭에서의 경사의 발생이 제 1 파장에서의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대해 결정된 비대칭 광학 특성의 값과 제 2 파장에서의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대해 결정된 비대칭 광학 특성의 값 간의 차이를 발견함으로써 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 파장들은 제 1 및 제 2 값들이 에칭된 프로파일의 에칭 깊이의 변동에 비교적 둔감하도록 이루어진다. 일 실시예에서, 비교적 둔감하다는 것은 에칭 깊이의 ±20 % 이하의 변화가 제 1 및 제 2 값들의 ±20 % 이하의 변화를 산출한다는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 광학 특성은 반사율이다. 일 실시예에서, 에칭에서의 경사는 이온 빔 경사를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 파장들은 400 nm 내지 800 nm의 범위에서 선택된다. 일 실시예에서, 상기 방법은: 제 1 파장에서 다른 에칭된 프로파일의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대한 제 3 비대칭 광학 특성 값을 결정하는 단계; 제 2 파장에서 다른 에칭된 프로파일의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대한 제 4 비대칭 광학 특성 값을 결정하는 단계; 및 제 3 값과 제 4 값 간의 차이에 기초하여 다른 에칭된 프로파일의 에칭에서의 경사의 발생을 결정하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에서, 광학 특성 값들은 정규화된 값들이다.
기판들 및 패터닝 디바이스들 상에 실현되는 바와 같은 타겟들의 물리적 구조체들과 관련하여, 일 실시예는 타겟 디자인을 설명하고, 기판에 대한 타겟을 디자인하는 방법을 설명하고, 기판 상에 타겟을 생성하는 방법을 설명하고, 기판 상의 타겟을 측정하는 방법을 설명하고, 및/또는 패터닝 공정에 관한 정보를 얻도록 측정을 분석하는 방법을 설명하는 함수 데이터(functional data) 및/또는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어 도 2의 제어 유닛(LACU) 및/또는 도 7의 장치의 유닛(PU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 나타낸 타입의 기존 검사 장치가 이미 생산 중 및/또는 사용 중인 경우, 일 실시예는 프로세서가 본 명세서에 설명된 방법들 중 1 이상을 수행하게 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품의 제공에 의해 구현될 수 있다. 프로그램은 선택적으로 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 배치되어, 적절한 복수의 타겟들에 대한 패터닝 공정의 파라미터를 측정하는 방법을 수행할 수 있다. 프로그램은 추가 기판들의 측정을 위해 리소그래피 및/또는 메트롤로지 레시피를 업데이트할 수 있다. 프로그램은 추가 기판들의 패터닝 및 처리를 위해 리소그래피 장치를 (직접 또는 간접적으로) 제어하도록 배치될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "최적화하는" 및 "최적화"라는 용어는 성능 지수(figure of merit)가 더 바람직한 값을 갖도록, 예컨대 측정, 패터닝 및/또는 디바이스 제작 결과들 및/또는 공정들이 1 이상의 바람직한 특성, 더 정확한 기판 상의 디자인 레이아웃의 투영, 더 큰 공정 윈도우 등을 갖도록, 리소그래피 공정 또는 장치를 조정하는 것 또는 메트롤로지 공정 또는 장치(예를 들어, 타겟, 측정 툴 등)을 조정하는 것을 포함할 수 있는 패터닝 공정의 장치 및/또는 공정을 조정하는 것을 칭하거나 의미한다. 따라서, "최적화하는" 및 "최적화"라는 용어는 디자인 변수들의 값들의 초기 세트에 비해, 성능 지수에서 개선, 예를 들어 국부적 최적을 제공하는 1 이상의 디자인 변수에 대한 1 이상의 값을 식별하는 공정을 칭하거나 의미한다. "최적" 및 다른 관련 용어들은 이에 따라 해석되어야 한다. 일 실시예에서, 최적화 단계들은 1 이상의 성능 지수에서 추가 개선을 제공하도록 반복적으로 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 본 명세서에 설명된 바와 같은 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 기계 판독가능한 명령어는 2 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있다. 2 이상의 컴퓨터 프로그램들은 1 이상의 상이한 메모리 및/또는 데이터 저장 매체에 저장될 수 있다.
본 명세서에 개시된 1 이상의 실시형태는 제어 시스템에서 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 여하한의 제어 시스템은 각각 또는 조합하여, 1 이상의 컴퓨터 프로그램이 장치의 적어도 하나의 구성요소 내에 위치되는 1 이상의 컴퓨터 프로세서에 의해 판독되는 경우에 작동가능할 수 있다. 제어 시스템들은 각각 또는 조합하여, 신호들을 수신, 처리 및 송신하는 여하한의 적절한 구성을 가질 수 있다. 1 이상의 프로세서가 제어 시스템들 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 제어 시스템이 앞서 설명된 방법들에 대한 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 1 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 제어 시스템들은 이러한 컴퓨터 프로그램들을 저장하는 데이터 저장 매체, 및/또는 이러한 매체를 수용하는 하드웨어를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어 시스템(들)은 1 이상의 컴퓨터 프로그램의 기계 판독가능한 명령어들에 따라 작동할 수 있다.
이상, 광학 리소그래피 및 에칭과 관련하여 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명의 실시예들은 다른 적용예들에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 실시예들은 임프린트 리소그래피와 사용할 수 있다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있으며, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다. 또한, 본 명세서의 실시예들은 구조체에서 비대칭을 야기하는 여하한의 공정과 사용될 수 있으며, 따라서 예를 들어 다른 재료 제거 공정들 또는 첨가 공정과 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
블록 다이어그램들에서, 예시된 구성요소들은 개별 기능 블록들로서 도시되어 있지만, 실시예들은 본 명세서에 설명된 기능이 예시된 바와 같이 구성되는 시스템들로 제한되지 않는다. 구성요소들 각각에 의해 제공되는 기능은 현재 도시된 것과 상이하게 구성되는 소프트웨어 또는 하드웨어 모듈들에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어 이러한 소프트웨어 또는 하드웨어는 (예를 들어, 데이터 센터 내에서 또는 지리적으로) 혼합, 결합, 복제, 분리, 분포, 또는 달리 상이하게 구성될 수 있다. 본 명세서에 설명된 기능은 유형의 비-일시적 기계 판독가능한 매체 상에 저장된 코드를 실행하는 1 이상의 컴퓨터의 1 이상의 프로세서에 의해 제공될 수 있다. 몇몇 경우, 타사의 콘텐츠 전송 네트워크가 네트워크를 통해 전달되는 정보의 일부 또는 전부를 호스팅할 수 있으며, 이 경우 정보(예를 들어, 콘텐츠)가 공급되거나 달리 제공되라고 하는 범위에 대하여, 정보는 콘텐츠 전송 네트워크로부터 그 정보를 검색하도록 명령어들을 송신함으로써 제공될 수 있다.
달리 특정적으로 명시되지 않는 한, 논의에서 명백한 바와 같이, 본 명세서 전반에 걸쳐 "처리", "연산", "계산", "결정" 등과 같은 용어를 사용한 설명들은 특수 목적 컴퓨터 또는 유사한 특수 목적 전자 처리/연산 디바이스와 같은 특정한 장치의 동작 또는 공정을 지칭한다는 것을 이해한다.
본 출원은 수 개의 발명들을 설명한다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 발명들을 다수의 개별 특허 출원들로 분리하기보다는, 출원인은 이 발명들을 단일 문서로 그룹화하였는데, 이는 이들의 관련 대상이 출원 과정에서의 절약에 적합하기 때문이다. 하지만, 이러한 발명들의 뚜렷한 장점들 및 측면들은 합쳐지지 않아야 한다. 몇몇 경우, 실시예들이 본 명세서에 명시된 결점들을 모두 해결하지만, 본 발명들은 독립적으로 유용하며, 몇몇 실시예들은 이러한 문제들의 서브세트만을 해결하거나 본 기재내용을 검토하는 당업자에게 명백할 언급되지 않은 다른 이점들을 제공한다는 것을 이해하여야 한다. 비용의 제약으로 인해, 본 명세서에 개시된 일부 발명들은 현재 청구되지 않을 수 있으며, 본 청구항을 보정함으로써 또는 계속 출원과 같이 추후 출원에서 청구될 수 있다. 유사하게, 공간 제약으로 인해, 본 문서의 초록(Abstract)이나 발명의 요약(Summary of the Invention) 부분들은 이러한 발명들 전부의 포괄적인 목록 또는 이러한 발명들의 모든 실시형태들을 포함하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
설명 및 도면들은 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하려는 것이 아니라, 반대로 첨부된 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 있는 모든 변형예, 균등물 및 대안예를 포함하기 위한 것임을 이해하여야 한다.
본 발명의 다양한 실시형태들의 변형예들 및 대안적인 실시예들은 이 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 이 설명 및 도면들은 단지 예시적인 것으로서 해석되어야 하며, 본 발명을 수행하는 일반적인 방식을 당업자에게 교시하기 위한 것이다. 본 명세서에 도시되고 설명된 본 발명의 형태들은 실시예들의 예시들로서 취해진 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 도시되고 기술된 것들을 대신하여 요소들 및 재료들이 대체될 수 있으며, 부품들 및 공정들은 역전되거나 생략될 수 있고, 소정 특징들은 독립적으로 이용될 수 있으며, 실시예들 또는 실시예들의 특징들은 조합될 수 있고, 이는 모두 본 발명의 이러한 설명의 이점을 가진 후에 당업자에게 명백할 것이다. 다음 청구항들에 기재된 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 요소들이 변경될 수 있다. 본 명세서에 사용된 표제는 단지 편제의 목적만을 위한 것이며, 설명의 범위를 제한하는 데 사용되지는 않는다.
본 출원 전반에 걸쳐 사용된 바와 같이, 단어 "할 수 있다(may)"는 의무적인 의미(즉, 해야 함을 의미함)보다는 허용의 의미(즉, 가능성을 가짐을 의미함)로 사용된다. "포함한다" 및 "포함하는" 등의 단어는 포함하지만 이에 제한되지는 않는다는 것을 의미한다. 본 출원 전반에 걸쳐 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 내용이 명시적으로 달리 지시하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "하나의 요소"에 대한 언급은 "하나 또는 그 이상"과 같은 1 이상의 요소에 대한 다른 용어 및 어구의 사용에도 불구하고 2 이상의 요소들의 조합을 포함한다. "또는(or)"이라는 용어는 달리 명시되지 않는 한, 비-배타적이며, 즉 "및(and)"과 "또는(or)"을 모두 포괄한다. 예를 들어, "X에 응답하여, Y", "X 때, Y", "X라면, Y", "X의 경우, Y" 등과 같은 조건 관계를 설명하는 용어는, 선행 조건이 필요 원인 조건이거나, 선행 조건이 충분 원인 조건이거나, 또는 선행 조건이 결과의 기여 원인 조건인 인과 관계들을 포괄하고, 예를 들어 "조건 Y를 얻을 때 상태 X가 발생한다"는 "X는 Y에서만 발생한다" 및 "X는 Y와 Z에서 발생한다"에 일반적이다. 이러한 조건부 관계들은 일부 결과가 지연될 수 있기 때문에 선행 조건을 얻은 바로 후의 결과들에 제한되지 않으며, 조건부 진술에서 선행 조건은 그 결과들에 연결되고, 예를 들어 선행 조건은 결과 발생의 가능성과 관련이 있다. 복수의 속성들 또는 기능들이 복수의 대상들(예를 들어, 단계 A, 단계 B, 단계 C 및 단계 D를 수행하는 1 이상의 프로세서)에 매핑된다는 언급은, 달리 지시되지 않는 한, 이러한 모든 대상에 매핑되는 이러한 모든 속성들 또는 기능들, 및 속성들 또는 기능들의 서브세트들에 매핑되는 속성들 또는 기능들의 서브세트들을 둘 다(예를 들어, 단계 A 내지 단계 D를 각각 수행하는 모든 프로세서들, 및 프로세서 1이 단계 A를 수행하고, 프로세서 2가 단계 B 및 단계 C의 일부를 수행하고, 프로세서 3이 단계 C의 일부와 단계 D를 수행하는 경우 둘 다) 포괄한다. 나아가, 달리 지시되지 않는 한, 하나의 값 또는 동작이 또 다른 조건 또는 값에 "기초한다"는 언급은, 조건 또는 값이 유일한 인자인 인스턴스들 및 조건 또는 값이 복수의 인자들 중 하나의 인자인 인스턴스들을 둘 다 포괄한다. 달리 지시되지 않는 한, 일부 집합의 "각각"의 인스턴스가 일부 속성을 갖는다는 언급들은, 더 큰 집합의 달리 동일하거나 유사한 일부 멤버들이 해당 속성을 갖지 않는 경우를 제외하는 것으로 읽혀서는 안 되며, 즉 각각(each)이 반드시 각각 및 모든 것(each and every)을 의미하는 것은 아니다.
소정 미국 특허, 미국 특허 출원 또는 기타 자료(예를 들어, 기사)가 인용참조된 범위에 대하여, 이러한 미국 특허, 미국 특허 출원 및 기타 자료의 텍스트는 이러한 자료와 본 명세서에 명시된 기재내용 및 도면 사이에 상충하지 않는 정도로만 인용참조된다. 이러한 상충의 경우, 미국 특허, 미국 특허 출원 및 기타 자료가 인용참조되는 경우에 여하한의 이러한 상충하는 텍스트는 구체적으로 본 명세서에서 인용참조되지 않는다.
본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 항목들에서 설명된다:
1. 측정 방사선의 제 1 파장에서 측정되는 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 1 값을 얻고, 측정 방사선의 제 2 파장에서 측정되는 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 2 값을 얻으며, 제 1 값과 제 2 값 간의 차이를 나타내는 도출된 값을 얻는 단계; 및
하드웨어 컴퓨터에 의해, 및 제 1 및 제 2 값들 또는 도출된 값에 기초하여, 에칭된 프로파일을 형성하는 에칭에서의 경사의 발생을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
2. 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 값들은 에칭에서의 경사로 인해 야기되는 구조적 비대칭을 갖는 에칭된 프로파일에 대해 얻어지는 방법.
3. 1 항 또는 2 항에 있어서, 결정하는 단계는 도출된 값에 기초하는 방법.
4. 1 항 내지 3 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 파장들은 제 1 및 제 2 값들이 에칭된 프로파일의 에칭 깊이의 변동에 비교적 둔감하도록 이루어지는 방법.
5. 4 항에 있어서, 비교적 둔감하다는 것은 에칭 깊이의 ±20 % 이하의 변화가 제 1 및 제 2 값들의 ±20 % 이하의 변화를 산출한다는 것을 의미하는 방법.
6. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 광학 특성은 반사율인 방법.
7. 1 항 내지 6 항 중 어느 하나에 있어서, 광학 특성 값들은 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값을 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치된 지점인 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값으로부터 감산함으로써 얻어지는 비대칭 광학 특성 값들을 포함하는 방법.
8. 7 항에 있어서, 제 1 값은 음의 값이고 제 2 값은 양의 값이거나, 또는 그 역인 방법.
9. 1 항 내지 8 항 중 어느 하나에 있어서, 광학 특성 값들은 정규화된 값들인 방법.
10. 1 항 내지 9 항 중 어느 하나에 있어서, 에칭에서의 경사는 이온 빔 경사를 포함하는 방법.
11. 1 항 내지 10 항 중 어느 하나에 있어서, 에칭된 프로파일은 약 100 nm 이하의 피치를 갖는 방법.
12. 1 항 내지 11 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 파장들은 400 nm 내지 800 nm의 범위에서 선택되는 방법.
13. 1 항 내지 12 항 중 어느 하나에 있어서, 에칭에서의 경사의 발생은 기판의 주 표면의 수직의 5 도 이내의 경사 발생을 포함하는 방법.
14. 측정 방사선의 복수의 상이한 파장들 각각에서 기판의 비대칭 에칭된 프로파일에 대해 비대칭 광학 특성 값들을 얻는 단계 -에칭된 프로파일의 비대칭은 에칭에서의 경사에 의해 야기되고, 비대칭 광학 특성 값들 각각은 제 1 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값과 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치되는 지점인 제 2 퓨필 위치에 대한 광학 특성의 값 간의 차이에 대응함 -; 및
하드웨어 컴퓨터에 의해, 및 값들에 기초하여, 비대칭 광학 특성 값들의 제 1 값이 음인 측정 방사선의 제 1 파장 및 비대칭 광학 특성 값들의 제 2 값이 양인 측정 방사선의 제 2 파장을 식별하는 단계를 포함하고, 또 다른 에칭된 프로파일의 에칭에서의 경사의 발생이 제 1 파장에서의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대해 결정된 비대칭 광학 특성의 값과 제 2 파장에서의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대해 결정된 비대칭 광학 특성의 값 간의 차이를 발견함으로써 결정될 수 있는 방법.
15. 14 항에 있어서, 제 1 및 제 2 파장들은 제 1 및 제 2 값들이 에칭된 프로파일의 에칭 깊이의 변동에 비교적 둔감하도록 이루어지는 방법.
16. 15 항에 있어서, 비교적 둔감하다는 것은 에칭 깊이의 ±20 % 이하의 변화가 제 1 및 제 2 값들의 ±20 % 이하의 변화를 산출한다는 것을 의미하는 방법.
17. 14 항 내지 16 항 중 어느 하나에 있어서, 광학 특성은 반사율인 방법.
18. 14 항 내지 17 항 중 어느 하나에 있어서, 에칭에서의 경사는 이온 빔 경사를 포함하는 방법.
19. 14 항 내지 18 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 파장들은 400 nm 내지 800 nm의 범위에서 선택되는 방법.
20. 14 항 내지 19 항 중 어느 하나에 있어서,
제 1 파장에서 다른 에칭된 프로파일의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대한 제 3 비대칭 광학 특성 값을 결정하는 단계;
제 2 파장에서 다른 에칭된 프로파일의 측정을 이용하여 다른 에칭된 프로파일에 대한 제 4 비대칭 광학 특성 값을 결정하는 단계; 및
제 3 값과 제 4 값 간의 차이에 기초하여 다른 에칭된 프로파일의 에칭에서의 경사의 발생을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
21. 14 항 내지 20 항 중 어느 하나에 있어서, 광학 특성 값들은 정규화된 값들인 방법.
22. 명령어들이 기록되어 있는 컴퓨터 비-일시적 판독가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서, 명령어들은 컴퓨터에 의해 실행될 때 1 항 내지 21 항 중 어느 하나의 방법을 구현하는 컴퓨터 프로그램 제품.
23. 하드웨어 프로세서 시스템; 및
기계-판독가능한 명령어들을 저장하도록 구성되는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체를 포함하고, 실행될 때 기계-판독가능한 명령어들은 하드웨어 프로세서 시스템이 1 항 내지 21 항 중 어느 하나의 방법을 수행하게 하는 시스템.
24. 대상물 표면에 방사선 빔을 제공하고 대상물 표면에 의해 전향된 방사선을 검출하도록 구성되는 메트롤로지 장치; 및
22 항의 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 시스템.
25. 24 항에 있어서, 방사선 빔을 변조하는 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 지지 구조체 및 방사선-감응성 기판 상으로 변조된 방사선 빔을 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템을 포함한 리소그래피 장치를 더 포함하고, 대상물은 기판인 시스템.
26. 24 항에 있어서, 대상물을 에칭하도록 구성되는 에칭 장치 및 에칭에서의 경사의 발생의 결정으로부터 도출되는 제어 신호를 처리하도록 구성되는 제어 시스템을 더 포함하는 시스템.
27. 패터닝 공정의 대상물을 측정하는 메트롤로지 장치에 있어서,
1 항 내지 21 항 중 어느 하나의 방법을 수행하도록 구성되는 메트롤로지 장치.
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.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있으며, 본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하고, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 함을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 측정 방사선의 제 1 파장에서 측정되는 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 광학 특성의 제 1 값을 얻고, 측정 방사선의 제 2 파장에서 측정되는 상기 기판의 에칭된 프로파일에 대해 결정되는 상기 광학 특성의 제 2 값을 얻으며, 상기 제 1 값과 상기 제 2 값 간의 차이를 나타내는 도출된 값(derived value)을 얻는 단계; 및
    하드웨어 컴퓨터에 의해, 및 상기 제 1 및 제 2 값들 또는 상기 도출된 값에 기초하여, 상기 에칭된 프로파일을 형성하는 에칭에서의 경사(tilt)의 발생을 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 값들은 상기 에칭에서의 경사로 인해 야기되는 구조적 비대칭을 갖는 에칭된 프로파일에 대해 얻어지는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 상기 도출된 값에 기초하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 파장들은 상기 제 1 및 제 2 값들이 상기 에칭된 프로파일의 에칭 깊이의 변동에 비교적 둔감하도록 이루어지는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    비교적 둔감하다는 것은 상기 에칭 깊이의 ±20 % 이하의 변화가 상기 제 1 및 제 2 값들의 ±20 % 이하의 변화를 산출한다는 것을 의미하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 특성은 반사율인 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 특성의 값들은 퓨필 위치에 대한 상기 광학 특성의 값을, 상기 퓨필의 중심부에서의 지점에 대해 대칭으로 위치된 지점인 퓨필 위치에 대한 상기 광학 특성의 값으로부터 감산(subtract)함으로써 얻어지는 비대칭 광학 특성 값들을 포함하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭에서의 경사는 이온 빔 경사(ion beam tilt)를 포함하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 파장들은 400 nm 내지 800 nm의 범위로부터 선택되는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭에서의 경사의 발생은 상기 기판의 주 표면의 수직의 5 도 이내의 경사 발생을 포함하는 방법.
  11. 명령어들이 기록되어 있는 컴퓨터 비-일시적(non-transitory) 판독가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서,
    상기 명령어들은 컴퓨터에 의해 실행될 때, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  12. 하드웨어 프로세서 시스템; 및
    기계-판독가능한 명령어들을 저장하도록 구성되는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체
    를 포함하고,
    실행될 때, 상기 기계-판독가능한 명령어들은 상기 하드웨어 프로세서 시스템이 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 시스템.
  13. 대상물 표면으로 방사선 빔을 제공하고, 상기 대상물 표면에 의해 전향(redirect)된 방사선을 검출하도록 구성되는 메트롤로지 장치; 및
    제 11 항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품
    을 포함하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    방사선 빔을 변조하는 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성되는 지지 구조체 및 방사선-감응성 기판 상으로 변조된 방사선 빔을 투영하도록 배치되는 투영 광학 시스템을 포함한 리소그래피 장치를 더 포함하고, 상기 대상물은 상기 기판인 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 대상물을 에칭하도록 구성되는 에칭 장치 및 에칭에서의 경사의 발생의 결정으로부터 도출되는 제어 신호를 처리하도록 구성되는 제어 시스템을 더 포함하는 시스템.
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