KR20200028487A - 리소그래피 공정을 위한 기판, 계측 장치 및 관련 방법 - Google Patents

리소그래피 공정을 위한 기판, 계측 장치 및 관련 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하는데 사용하기 복수의 피처를 포함하는 기판 및 관련된 방법 및 장치를 개시한다. 측정은 광학 장치로부터의 측정 방사선으로의 피처의 조명 및 측정 방사선과 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 신호를 검출함으로써 이루어지며, 여기서 복수의 피처는 제1 피치로 주기적인 형태로 분포된 제1 피처들 및 제2 피치로 주기적인 형태로 분포된 제2 피처들을 포함하고, 제1 피치와 제2 피치는 제1 및 제2 피처의 조합된 피치가 복수의 피처에서의 피치 워크의 존재와 관계없이 일정하도록 한다.

Description

리소그래피 공정을 위한 기판, 계측 장치 및 관련 방법
본 출원은 2017년 8월 28일에 출원된 유럽출원 제17188175.8호의 우선권을 주장하며, 이 출원의 내용은 전체적으로 본 명세서에서 인용 참조된다.
본 발명은 리소그래피 공정을 위한 기판, 계측 장치 및 관련 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 리소그래피 공정에서의 피치 워크(pitch walk)를 측정하기 위한 기판, 계측 장치 및 관련 방법에 관한 것일 수 있으나, 이에 제한될 필요는 없다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟 부분 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조와 같은 디바이스 제조 공정에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클로 지칭될 수 있는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 하나의 또는 수 개의 다이의 일부를 포함하는) 타겟 부분 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판에 제공된 방사선-감응 물질(레지스트) 층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 이루어진다. 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 부분들의 네트워크를 포함할 수 있다. 리소그래피 장치는 스테퍼 및/또는 스캐너를 포함할 수 있다. 스테퍼는 한 번에 타겟 부분 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각 타겟 부분이 조사되도록 구성될 수 있다. 스캐너는 주어진 방향 ("스캐닝" 방향)으로 방사선 빔을 통해 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 또는 역-평행 방향으로 기판을 동시에 스캐닝함으로써 각 타겟 부분이 조사되도록 구성될 수 있다. 패턴을 기판 상으로 임프린트(imprint)함으로써 패턴을 패터닝 디바이스로부터 기판으로 전사시키는 것이 또한 가능하다
리소그래피 공정과 같은 디바이스 제조 공정을 모니터링하기 위해, 패터닝된 기판 (및 따라서 패터닝된 기판에 영향을 주는 디바이스 제조 공정의 임의의 측면)의 매개변수가 측정될 수 있다. 매개변수는, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속적인 층들 간의 오버레이 오차, 및 현상된 감광성 레지스트 및/또는 에칭된 제품 피처(product feature)의 임계 치수(예를 들어, 선폭(linewidth) 등)를 포함할 수 있다. 매개변수는 피처 높이 및/또는 피처 피치(feature pitch)를 포함할 수 있다. 이 측정은 제품 기판 상에서 및/또는 전용 계측 타겟(dedicated metrology target) 상에서 수행될 수 있다. 리소그래피 공정에서 형성된 구조체의 측정을 수행하기 위해, 주사 전자 현미경 및 다양한 특수 툴의 사용을 포함하는 다양한 기술이 존재한다. 고속 및 비-침습(non-invasive) 형태의 특수 검사 툴은, 방사선 빔이 기판의 표면 상의 타겟 부분으로 지향되고 산란 또는 반사된 빔의 특성이 측정되는 스케터로미터(scatterometer)이다. 빔이 기판에 의해 반사 또는 산란되기 전 그리고 후의 빔의 특성을 비교함으로써, 기판의 특성이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 반사된 빔을 공지된 기판 특성과 관련된 공지된 측정의 라이브러리(library)에 저장된 데이터 또는 산란 구조체의 모델로부터 실시간으로 계산되는 데이터와 비교함으로써 수행될 수 있다.
다중 패터닝은 피처 밀도를 증가시키기 위해 사용되는 기술의 한 종류이다. 이중 패터닝에서, 예를 들어 리소그래피 공정은 향상되어 개별 피처들 사이의 최소 간격을 반으로 줄인다. 사중 패터닝에서, 리소그래피 공정은 향상되어 최소 간격을 4 배로 감소시킨다.
스페이서 공정 기술(Spacer Process Technology: SPT)로 지칭될 수 있는 스페이서 패터닝(spacer patterning)은 사전-패터닝된 (또는 맨드렐) 피처의 측벽 상에 층이 형성되는 다중 패터닝 기술이다. 사전-패터닝된 피처들은 그후 제거되어 각 사전-패터닝된 피처에 대한 2개의 잔여 측벽 피처를 남긴다. 사전-패터닝된 피처의 폭이 사전-패터닝된 피처들 사이의 간격과 정확하게 동일한 경우, 잔여 측벽 피처를 사용하여 형성된 피처들은 단일의 공통 이격 거리로 서로 이격될 것이다. 그러나, 스페이서 패터닝 공정에서의 오차는 인접한 피처들 간의 간격을 변동시킬 수 있다. 이중 패터닝의 경우, 변동은 교번하는 이격 거리를 포함할 수 있다. 교번하는 이격 거리는 피치 워크(pitch walk)로 지칭될 수 있다. 피치 워크는 예를 들어 리소그래피 공정에서의 오차가 사전-패터닝된 피처들의 폭을 사전-패터닝된 피처들 사이의 간격과 상이하게 할 때 발생할 수 있다. 피치 워크는 또한 다른 형태의 다중 패터닝에서, 예를 들어 리소-에치-리소-에치(Litho-Etch-Litho-Etch: LELE)와 같은 비-스페이서 기술에서 발생할 수 있다.
피치 워크는 CD 또는 피치에 바이어스(bias)가 도입되는 기판에서 특수 타겟 패턴으로 측정될 수 있다. 그러나, 도입된 바이어스는 종종 리소그래피 공정을 위한 설계 규칙/공정 윈도우에 의해 허용되는 것보다 더 크다. 대안적으로, 디바이스 구조체는 공정 매개변수의 측정을 제공하는 단계에 의하여 공정의 여러 단계에서 측정될 수 있다. 공정 매개변수는 리소그래피 공정의 상이한 단계에서 측정될 수 있다. 공정 매개변수는 최종 패터닝 단계에서 피치 워크를 "추정(estimate)"하기 위해 함께 조합될 수 있다. 그러나, 많은 레시피가 만들어질 필요가 있으며, 레시피들 각각은 추정에 큰 오차를 제기할 수 있는 개별 오차를 가질 수 있다. 이 방법은 필요한 단계 수로 인하여 논리적으로 어려울 수 있다. 예를 들어, 다중 계측 레시피를 만들기 위한 상당한 노력이 요구될 수 있다 (예를 들어, 자기-정렬 사중 패터닝(self-aligned quadruple patterning; SAQP)과 같은 SPT 공정은 4 내지 5 단계가 필요할 수 있다). 각 레시피는 자체 계측 바이어스(bias)를 가질 수 있다. 모든 측정들이 조합될 때, 이 바이어스는 피치 워크 계측에 필요한 정확도를 가릴 수 있다(overshadow).
다중 패터닝 공정으로부터 발생하는 피치 워크의 측정을 포함한, 디바이스 제조 공정의 특성의 정확한 측정은 어렵거나, 시간 소모적이거나, 또는 둘 모두일 수 있다.
본 발명의 예에 따르면, 광학 장치로부터의 측정 방사선으로의 피처의 조명에 의하여 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정 그리고 측정 방사선과 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 신호를 검출하는데 사용하기 위한 복수의 피처를 포함하는 기판이 제공되며, 여기서 복수의 피처는 제1 피치로 주기적인 형태로 분포된 제1 피처들 및 제2 피치로 주기적인 형태로 분포된 제2 피처들을 포함하고, 제1 피치와 제2 피치는 제1 및 제2 피처의 조합된 피치가 복수의 피처에서의 피치 워크의 존재와 관계없이 일정하도록 한다.
일정한 조합된 피치를 갖는 제1 및 제2 피처의 사용은 피치 워크를 한정하는 매개변수(S1 및 S2)가 정반사된 방사선을 이용하여 독립적으로 검출될 수 있게 한다. 이는 결과적으로 피치 워크의 정확한 결정을 허용한다.
선택적으로, 제1 피처는 스페이서 패터닝 방법을 이용하여 구성되며, 조합된 피치는 스페이서 패터닝 방법에서 이용된 맨드렐의 폭의 배수이다.
선택적으로, 제1 및 제2 피처는 기판의 x 및 y 치수에서 공간적으로 일치한다.
선택적으로, 제1 및 제2 피처는 기판에 형성된 또는 기판 상에서 패터닝된 개별 층 상에 구성되어 있다.
선택적으로, 제1 및 제2 피처는 기판에 형성된 또는 기판 상에서 패터닝된 단일 층 상에 구성되어 있다.
선택적으로, 하나 이상의 제1 피처는 제2 피처를 포함하며, 그 높이는 적어도 부분적으로 감소된다.
선택적으로, 제1 피처는 기판의 x 및 y 치수에서 제1 피처의 길이 및/또는 폭의 적어도 일부에 걸쳐 제2 피처와 비교하여 감소된 높이를 가지며, 피처의 높이는 기판에 수직인 대응하는 z-축을 따라 한정된다.
선택적으로, 제2 피처에 대한 제1 피처의 높이의 비율은 0.9 이하; 또는 0.8 이하; 또는 0.7 이하; 또는 0.6 이하; 및 0.5 이하 중 하나이다.
선택적으로, 제2 피처에 대한 제1 피처의 높이 비율은 또한 0.1 또는 그 이상; 0.2 또는 그 이상; 및 0.3 또는 그 이상 중 하나이다.
선택적으로, 제1 피처는 그의 높이를 감소시키기 위해 하나 이상의 제2 피처의 적어도 일부를 제거함으로써, 또는 그의 높이를 증가시키기 위해 하나 이상의 제2 피처 상에 적어도 하나의 층을 증착시킴으로써 형성된다.
선택적으로, 제1 및 제2 구조체는 복수의 반복적인 주기적 단위 셀 구조체를 형성하며, 각 단위 셀 구조체는 적어도 하나의 제1 피처와 적어도 하나의 제2 피처를 포함하고 있다.
선택적으로, 단위 셀 내의 적어도 하나의 제1 피처 및 제2 피처의 분포는 단위 셀이 대칭이 되도록 한다.
선택적으로, 단위 셀은 150 ㎚ 미만; 100 ㎚ 미만; 80 ㎚ 미만; 60 ㎚ 미만; 및 40 ㎚ 미만 중 하나인 폭 및/또는 길이를 갖고 있다.
선택적으로, 제1 및 제2 피처는 측정 방사선과 제1 및 제2 피처 간의 상호 작용으로부터 발생한 정반사된 방사선을 포함하는 신호가 0차 회절 차수를 포함하고 디바이스 제조 공정의 매개변수를 결정하기 위해 광학 장치를 사용하여 측정 가능하도록 배치되어 있다.
선택적으로, 제1 및 제2 피처는 제1 및/또는 제2 피처의 피치 워크 오차가 퓨필 평면에 구별 가능한 퓨필 이미지를 생성하도록 배치되어 있다.
선택적으로, 제1 및 제2 피처는 디바이스 제조 공정에 의하여 기판에 제조된 또는 기판 상에 패터닝된 라인을 포함하고 있다.
선택적으로, 제1 피치는 제2 피치보다 크며, 선택적으로 제2 피치의 배수이다.
선택적으로, 제2 피치는 100 ㎚ 미만; 80 ㎚ 미만; 60 ㎚ 미만; 40 ㎚ 미만; 20 ㎚ 미만; 및 10 ㎚ 미만 중 하나이다.
기판은 광학 장치로부터의 측정 방사선으로의 피처의 조명에 의하여 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하는데 그리고 측정 방사선과 복수의 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 신호를 검출하는데 사용하기 위한 복수의 피처를 포함하고 있으며, 복수의 피처는 인접한 피처들 사이에 100 ㎚ 미만의 공통의 피치를 한정하는 주기적인 형태로 분포되어 있고, 복수의 피처 중 하나 이상의 제1 피처는 복수의 피처 중 하나의 제2 피처와 비교하여 적어도 부분적으로 감소된 높이를 갖고 있다.
본 발명의 예에 따르면, 광학 장치에 의하여 획득된 정보를 기초로 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하기 위한 계측 장치가 제공되며, 광학 장치는 측정 방사선으로 기판의 복수의 피처를 조명하도록 그리고 광학 장치를 이용하여 신호를 측정함으로써 측정 방사선과 복수의 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 정반사된 방사선을 포함하는 신호를 검출하도록 구성되고, 복수의 피처는 제1 피치로 주기적인 형태로 분포된 제1 피처들 및 제2 피치로 주기적인 형태로 분포된 제2 피처들을 포함하며, 제1 피치와 제2 피치는 제1 및 제2 피처의 조합된 피치가 복수의 피처에서의 피치 워크의 존재와 관계없이 일정하도록 하고, 계측 장치는 모델에 기초하여, 정반사된 방사선의 예상 분포를 결정하도록; 정반사된 방사선의 측정된 분포를 정반사된 방사선의 결정된 예상 분포와 비교하여 그들 사이의 오차를 결정하도록; 및 오차가 임계 값보다 작은 경우 매개변수가 모델과 관련된 매개변수인 것으로 결정하도록; 또는 오차가 임계 값보다 큰 경우 모델을 업데이트하도록 구성된 프로세서를 포함하고 있다.
선택적으로, 정반사된 방사선의 측정된 분포는 퓨필 평면에서 측정된다.
선택적으로, 정반사된 방사선은 0차 회절 방사선을 포함하고 있다.
본 발명의 예에 따르면, 광학 장치에 의하여 획득된 정보를 기초로 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하기 위한 방법이 제공되며, 광학 장치는 측정 방사선으로 기판의 복수의 피처를 조명하도록 그리고 광학 장치를 이용하여 신호를 측정함으로써 측정 방사선과 복수의 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 정반사된 방사선을 포함하는 신호를 검출하도록 구성되고, 복수의 피처는 제1 피치로 주기적인 형태로 분포된 제1 피처들 및 제2 피치로 주기적인 형태로 분포된 제2 피처들을 포함하며, 제1 피치와 제2 피치는 제1 및 제2 피처의 조합된 피치가 복수의 피처에서의 피치 워크의 존재와 관계없이 일정하도록 하고, 본 방법은 모델에 기초하여, 정반사된 방사선의 예상 분포를 결정하는 것; 정반사된 방사선의 측정된 분포를 정반사된 방사선의 결정된 예상 분포와 비교하여 그들 사이의 오차를 결정하는 것; 및 오차가 임계 값보다 작은 경우 매개변수가 모델과 관련된 매개변수인 것으로 결정하는 것; 또는 오차가 임계 값보다 큰 경우 모델을 업데이트하는 것을 포함하고 있다.
본 발명의 예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때 적어도 하나의 프로세서가 장치를 제어하도록 하여 본 명세서에 개시된 임의의 방법을 수행하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 예에 따르면, 위의 컴퓨터 프로그램을 포함하는 캐리어가 제공되며, 캐리어는 전자 신호, 광학 신호, 무선 신호, 또는 비일시적 컴퓨터 독출 가능한 저장 매체 중 하나이다.
본 발명의 예가 이제 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시하고 있다.
도 3은 계측에 사용되는 스케터로미터를 도시하고 있다.
도 4 내지 도 9는 스페이서 패터닝을 사용하는 예시적인 이중 패터닝 공정에서의 단계를 도시하고 있다.
도 10은 0의 피치 워크(zero pitch walk)를 갖는, 이중 패터닝에 의해 형성된 주기적 타겟 구조체를 개략적인 측단면으로 도시하고 있다.
도 11은 0이 아닌 피치 워크(non-zero pitch walk)를 갖는, 이중 패터닝에 의해 형성된 주기적 타겟 구조체를 개략적인 측단면으로 도시하고 있다.
도 12a 및 도 12b는 복수의 제품을 포함하는 기판의 개략적인 상부/평면도 및 제품 중 하나의 부분의 확대 도면을 각각 도시하고 있다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 예에 따른 상이한 구조적 특징을 갖는 기판의 예들의 횡단면도들을 각각 도시하고 있다.
도 14는 도 13a 내지 도 13c에 의하여 도시된 기판과 다른 구조적 특징을 갖는 기판의 다른 예의 상부/평면도를 도시하고 있다.
도 15a 및 도 15b는 피처의 피치-워크를 갖고 있지 않은 그리고 갖고 있는, 도 13b의 예와 유사한 기판의 횡단면도를 각각 도시하고 있다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 예에 따른, 매개변수를 결정하는 시스템을 도시하고 있다.
도 17은 본 발명의 예에 따른, 매개변수를 결정하는 방법을 도시하고 있다.
도 18a 내지 도 18c는 도 13a와 동일한 기판(W)의 횡단면도; 및 도 16a 및 도 16b 또는 도 17의 시스템 또는 방법을 이용하여 피치-워크 매개변수에 대한 예상된 그리고 시뮬레이션된 결과를 나타내는 2개의 세트-겟 플롯을 각각 도시하고 있다.
도 19a 내지 도 19c는 도 13b와 동일한 기판(W)의 횡단면도; 및 도 16a 및 도 16b 또는 도 17의 시스템 또는 방법을 이용하여 피치-워크 매개변수에 대한 예상된 그리고 시뮬레이션된 결과를 나타내는 2개의 세트-겟 플롯을 각각 도시하고 있다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)의 예를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치(LA)는 (UV, DUV, EUV 방사선 및/또는 임의의 다른 파장을 포함할 수 있는) 방사선 빔(B)을 조정하도록 구성된 조명 시스템 (예를 들어, 일루미네이터)(IL), 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 매개변수에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결되어 있는 지지 구조체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판 (예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 특정 매개변수에 따라 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결되어 있는 기판 테이블 (예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 타겟 부분(C) 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템 (예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함하고 있다.
조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광학 구성 요소들, 또는 그들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스(MA)의 배향, 리소그래피 장치(LA)의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스(MA)가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스(MA)를 지지한다. 지지 구조체(MT)는 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술을 이용하여 패터닝 디바이스(MA)를 지지할 수 있다. 지지 구조체(MT)는 필요에 따라 고정될 수 있거나 이동 가능할 수 있는 프레임, 테이블 등일 수 있다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)가 예를 들어 투영 시스템(PS)에 대해 원하는 위치에 있는 것을 보장할 수 있다. 본 명세서 내에서의 용어 "레티클" 또는 "마스크"의 임의의 사용은 더욱 일반적인 용어 "패터닝 디바이스"와 동의어로 간주될 수 있다
본 명세서에서 사용되는 용어 "패터닝 디바이스"는 기판의 타겟 부분에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 횡단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상-변위 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟 부분 내의 원하는 패턴과 정확히 대응하지 않을 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 예에서, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이, 타겟 부분에 생성되는 디바이스 내의 특정 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스(MA)는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이 그리고 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary), 교번 위상-시프트 그리고 감쇠 위상-시프트와 같은 마스크 유형, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 유형을 포함하고 있다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예는 소형 미러들의 매트릭스 배열체를 이용하며, 소형 미러들의 각각은 입사하는 방사선 빔(B)을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "투영 시스템"은, 사용되는 노광 방사선에 대하여 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자에 대하여 적절하게, 굴절, 반사, 반사 굴절(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 그들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템(PS)을 지칭할 수 있다. 본 명세서에서의 용어 "투영 렌즈"의 임의의 사용은 더욱 일반적인 용어 "투영 시스템"과 동의어로 간주될 수 있다.
이 예에서, 리소그래피 장치(LA)는 (예를 들어, 투과 패터닝 디바이스(MA)를 사용하는) 투과형이다. 대안적으로, 리소그래피 장치(LA)는 (예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 이용하거나, 반사 마스크를 이용하는) 반사형일 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 및, 예를 들어 2개 이상의 마스크 테이블을 갖는 유형일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기계에서, 부가적인 테이블이 동시에 사용될 수 있거나, 또는 하나 이상의 다른 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 하나 이상의 다른 테이블에서는 준비 단계가 수행될 수 있다.
리소그래피 장치는 또한 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판(W)의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 덮일 수 있는 유형일 수 있다. 침지 액체는 또한 리소그래피 장치 내의 다른 공간, 예를 들어 패터닝 디바이스(MA)와 투영 시스템(PS) 사이에 적용될 수 있다. 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 침지 기술이 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔(B)을 받아들인다. 소스와 리소그래피 장치(LA)는 별개의 개체일 수 있다. 예에서, 소스는 리소그래피 장치(LA)의 일부를 형성하는 것으로 간주될 수 없으며 따라서 방사선 빔(B)은, 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 나아간다. 다른 예에서, 소스(SO)는 리소그래피 장치(LA)의 일체로 된 부분일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로서 지칭될 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외부 및/또는 내부 반경 방향 범위(통상적으로, 외부-σ 및 내부-σ로 각각 지칭됨)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 적분기(integrator: IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성 요소를 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 횡단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 조절하는데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스 (예를 들어, 패터닝 디바이스(MA))에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA)에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지른 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 투영 시스템은 방사선 빔을 기판(W)의 타겟 부분(C) 상으로 집속한다. 제2 포지셔너(PW) 및 위치 센서(IF) (예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 정전용량 센서, 등)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 상이한 타겟 부분(C)들을 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시키기 위하여 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 포지셔너(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔 중에 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 장-스트로크 모듈(long-stroke module: 개략적인 위치 결정) 및 단-스트로크 모듈(short-stroke module: 세밀한 위치 결정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이 모듈들은 제1 포지셔너(PM)의 일부를 형성한다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-스트로크 모듈 및 단-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이 모듈들은 제2 포지셔너(PW)의 일부를 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-스트로크 액추에이터에만 연결될 수 있거나, 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크는 전용 타겟 부분을 점유하지만, 이들은 타겟 부분들 사이의 공간에 위치될 수 있다 (이들은 스크라이브 레인 정렬 마크로 지칭될 수 있다). 마찬가지로, 하나 이상의 다이가 패터닝 디바이스(MA) 상에 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크는 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 리소그래피 장치(LA)는 다음의 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT)과 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한 번에 타겟 부분(C) 상으로 투영된다 (즉, 단일 정적 노광). 기판 테이블(WT)은 그후 상이한 타겟 부분(C)이 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 이동된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟 부분(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT)과 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 부분(C) 상으로 투영되는 동안에 동시에 스캐닝된다 (즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 (축소) 확대 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟 부분의 (비스캐닝 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟 부분의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 부분(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WT)은 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사선 소스(pulsed radiation source)가 이용되며, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후, 또는 스캔 동안의 연속적인 방사선 펄스 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 위에서 언급된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이와 같은 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크리스(maskless) 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.
위에서 설명된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드가 이용될 수도 있다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터로도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성하며, 이는 또한 기판(w) 상에 노광 전 공정 및 노광 후 공정을 수행하기 위한 장치를 포함하고 있다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층을 증착시키기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함하고 있다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 집어 올리고, 기판을 상이한 공정 디바이스들 사이에서 이동시키며, 기판을 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay)(LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙으로 지칭되는 이 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 또한 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있다. 따라서, 처리량과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하게 그리고 일관되게 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하도록 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직할 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 예를 들어 후속 기판들의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있으며, 특히 동일한 배치(batch)의 다른 기판이 계속해서 노광될 만큼 곧바로 그리고 신속하게 검사가 이루어질 수 있다면 더욱 그렇다. 또한, 이미 노광된 기판은 벗겨지고(strip) 재가공(rework)되어 수율을 개선할 수 있거나, 가능하게는 폐기될 수 있으며, 그에 의하여 결함이 있는 것으로 알려진 기판에 노광을 수행하는 것을 피할 수 있다. 기판의 일부 타겟 부분에만 결함이 있는 경우, 결함이 없는 것으로 간주되는 이 타겟 부분에 대해서만 추가 노광이 수행될 수 있다.
계측(metrology) 장치로도 지칭될 수 있는 검사 장치가 기판의 특성, 예를 들어 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하기 위해 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA), 리소셀(LC) 또는 임의의 다른 장치에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 제조 디바이스에 대한 생산 라인을 위하여 복수의 검사 장치가 제공될 수 있다. 예를 들어, 생산 라인의 하나 이상이 스테이지에 적어도 하나의 검사 장치가 있을 수 있다. 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치가 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 그렇지 않은 레지스트의 부분 사이에 매우 작은 굴절률의 차이만이 있을 수 있기 때문에 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 가질 수 있다. 일부 검사 장치는 잠상의 유용한 측정을 수행하기에 충분한 감도를 갖지 않을 수 있다. 측정은, 통상적으로 노광된 기판 상에서 수행되는 제1 단계이면서 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광-후 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 레지스트의 노광된 또는 노광되지 않은 부분이 제거된 때 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 수행하는 것이 또한 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재가공에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다. 검사 장치는 리소그래피 공정의 임의의 적절한 단계 동안 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 검사 장치는 기판의 적어도 하나의 피처, 예를 들어 제품 피처, 전용 계측 타겟/특징 등에 대한 측정을 수행하도록 구성될 수 있다는 점이 또한 인식될 것이다.
도 3은 도 2의 리소셀과 함께 계측을 수행하기에 적절한 스케터로미터 형태의 광학 장치의 개략적인 도면이다. 본 장치는 리소그래피에 의해 형성되는 피처의 임계 치수를 측정하고, 층들 간의 오버레이를 측정하고, 피치 워크를 측정하는 등을 위하여 사용될 수 있다. 제품 피처 또는 전용 계측 타겟이 기판(W) 상에 형성될 수 있다. 본 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션, 리소그래피 셀(LC) 또는 생산 라인 내의 임의의 적절한 위치에서 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 수 개의 분기부(branches)를 갖는 광학 축이 점선(O)으로 표현되어 있다. 이 예에서, 소스(11)에 의해 방출되는 광은 렌즈(12, 14)와 대물렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(beam splitter: 15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 배열체의 이중 시퀀스(double sequence)로 배치된다. 여전히 기판 상에 소스의 이미지를 제공하고 동시에 공간-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다면 상이한 렌즈 배열체가 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (공액(conjugate)) 퓨필 평면으로 지칭되는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서의 공간 세기 분포를 한정함으로써 선택될 수 있다. 이는 대물렌즈 퓨필 평면의 후방-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈(12 및 14)들 사이에 적절한 형태의 개구 플레이트(aperture plate: 13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 개구 플레이트(13)는 상이한 형태들을 취할 수 있으며, 이들 중 2개는 13N 및 13S로 표기되고 상이한 조명 모드가 선택되는 것을 허용한다. 도시된 예에서의 조명 시스템은 비축(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는 단지 설명의 목적을 위해 "북(north)"으로 지정된 방향으로부터의 비축을 제공한다. 제2 조명 모드에서는, 개구 플레이트(13S)가 유사하지만 "남(south)"으로 표기된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 개구를 이용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 원하는 조명 모드 밖의 임의의 불필요한 광이 원하는 측정 신호를 간섭할 수 있기 때문에 퓨필 평면의 나머지 부분은 어두울 수 있다.
기판(W) 상의 타겟에 의해 회절되는 적어도 0차 그리고 -1 및 +1 (그리고 잠재적으로 더 높은) 차 중 잠재적으로 하나는 대물렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 제2 빔 스플리터(17)는 회절된 빔들을 2개의 측정 분기부로 분할한다. 제1 측정 분기부에서, 광학 시스템(18)은 0차 그리고 잠재적으로 1차 및 더 높은 차수 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19) (예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각 회절 차수는 센서 상의 상이한 지점에 입사될 수 있으며, 따라서 이미지 처리는 차수를 측정하고, 비교하고 및/또는 대조할 수 있다. 센서(19)에 의해 캡처된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 집속하고 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 퓨필 평면 이미지는 임의의 적절한 측정 목적, 예를 들어 피처의 재구성 등을 위하여 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 퓨필 평면 이미지는 디바이스 제조 공정의 적어도 하나의 매개변수를 결정하기 위해 (예를 들어, 적어도 0차 회절 차수를 포함하는) 정반사된 방사선의 특성을 측정하는데 사용될 수 있다.
제2 측정 분기부에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23) (예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기부에서, 퓨필-평면에 대해 공액인 평면에 구경 조리개(aperture stop: 21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 따라서, 센서(23)에 의해 검출되는 이미지는 "다크-필드"로 지칭된다. 본 명세서에서 용어 "이미지"는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. -1차 및 +1차 중 하나만이 존재한다면, 이와 같은 격자 라인의 이미지는 형성되지 않을 것이다.
센서(19 및 23)에 의해 캡처된 이미지는 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)로 출력되며, 이들의 기능은 수행되는 특정 유형의 측정에 좌우될 것이다.
스케터로미터 및 기술의 예를 특허 출원 US2006/066855A1, WO2009/078708, WO2009/106279, 및 US2011/0027704A에서 찾아볼 수 있으며, 이들 모두의 내용은 본 명세서에서 전체적으로 인용 참조된다.
다음에서, 예에 따른 디바이스 제조 공정, 특히 리소그래피 공정의 매개변수를 측정하는 방법이 설명된다. 본 방법은 다중 패터닝, 예를 들어 이중 패터닝 (예를 들어, 자기-정렬 이중 패터닝(self-aligned double patterning; SADP) 등) 또는 사중 패터닝 (예를 들어, 자기-정렬 사중 패터닝(self-aligned quadruple patterning; SAQP) 등)을 포함하는 리소그래피 공정의 매개변수를 측정하는 데 적용 가능할 수 있다. 스페이서 패터닝을 이용하는 이중 패터닝 공정의 예가 도 4 내지 도 9를 참조하여 아래에서 설명된다. 본 발명의 적어도 하나의 예는 다중 패터닝의 다른 형태가 사용되는 경우 (스페이서 또는 비-스페이서) 및 다중 패터닝을 수반하지 않는 공정에도 사용될 수 있다.
도 4는 기판(34)을 도시하고 있다. 베이스 층(32)은 기판(34) 상에 형성되어 있다. 제1 패턴을 형성하는, 복수의 사전-패터닝된 피처 또는 맨드렐(mandrel)(30)(예를 들어, 라인)을 포함하는 패터닝된 층은 베이스 층(32) 상에 형성되어 있다.
후속 단계에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 필름 층(35)은 패터닝된 층 상으로 증착된다.
후속 단계에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 에칭이 수행되어 수평 표면 상의 필름 층(35)으로부터 물질을 제거한다. 그에 의하여, 층(36)이 사전-패터닝된 피처(30)의 측벽 상에 형성된다. 층(36)은 스페이서로 지칭될 수 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 스페이서(36)들 사이의 거리는 사전-패터닝된 피처(30)의 폭 그리고 또한 사전-형성된 피처들 중 인접한 피처들 사이의 거리에 좌우된다. 따라서 인접한 스페이서(36)들 간의 피치는 인접한 사전-패터닝된 피처(30)들 사이의 폭 및/또는 공간의 함수이다.
후속 단계에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 사전 패터닝된 피처(30)는 제거되어 사전 패터닝된 피처(30)의 원래 패턴의 2배의 밀도를 갖는 패턴을 형성하는 스페이서(36)를 남겨둔다 (이는 사전 패터닝된 피처(30)들 각각이 2개의 측벽을 갖고 있으며 각 측벽이 스페이서(36)들 중 하나를 생성하기 때문이다).
후속 단계에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 스페이서(36)는 베이스 층(32)의 선택적 에칭을 한정하기 위해 마스크로서 사용된다.
후속 단계에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 스페이서(36)는 제거되어 베이스 층의 남은 물질에 의해 형성된 피처(38)의 제2 패턴을 남긴다. (도 9에서 보여지는) 제2 패턴은 (도 4에서 보여지는) 제1 패턴보다 2배 많은 피처를 포함하고 있다.
도 4 내지 도 9를 참조하여 위에서 설명된 공정은 때로는 자기-정렬 이중 패터닝(SADP)으로 지칭된다. 본 공정은 제1 패턴 대신에 제2 패턴의 피처(38)를 기반으로 반복될 수 있으며, 이에 의하여 다시 피처 밀도를 2배로 한다. 이 유형의 공정은 때로는 자기-정렬 사중 패터닝(SAQP)으로 지칭된다. 본 공정은 원칙적으로 피처 밀도의 추가 증가를 생성하기 위해 더 반복될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이격 거리(S1)는 사전-패터닝된 피처(30)의 폭에 의해 결정된다. 이격 거리(S2)는 인접하는 사전-패터닝된 피처(30) 쌍들 사이의 이격 거리에 의해 결정된다. S1과 S2 간의 차이는 홀수 피처와 짝수 피처 사이의 유효 오버레이 오차를 야기할 것이다. 따라서, S1-S2이 0이 아닌 경우에 대한 인접한 피처들 간의 이격 거리는 교번(alternate)할 것이다. 교번하는 이격 거리는 피치 워크(pitch walk)로 지칭될 수 있다. 도 10은 0(zero)인 피치 워크(S1=S2)를 갖는 구조체의 일부분을 도시하고 있다. 도 11은 0이 아닌(non-zero) 피치 워크(S1≠S2)를 갖는 구조체의 일부분을 도시하고 있다. (예를 들어, 차이가 사전-설정된 임계치를 초과하지 않는 것을 보장하기 위해) S1과 S2 간의 임의의 차이를 모니터링하고 제어하는 것이 바람직할 수 있다. SI 및 S2의 합계는 위에서 설명된 피처(38)의 제조 방법 때문에 피치 워크가 존재할지라도 일정하게 유지된다는 점에 주목된다.
S1-S2 (그리고 따라서 피치 워크)를 측정하기 위한 기술은 다양한 단점을 가질 수 있다.
주사 전자 현미경법(CD-SEM)이 S1-S2를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 주사 전자 현미경법은 비교적 느리다 (전형적으로, 측정을 수행하는 데 수 초를 필요로 함). CD-SEM은 높은 로컬리제이션 (localization)으로 디바이스를 측정하며, 이는 총 타겟 성능을 검사하기 위해 많은 수의 검사 포인트가 필요하다는 것을 의미한다. 또한, S1과 S2를 구분하기가 어려울 수 있다.
스케터로미터 기술은 개선된 속도를 제공하지만, 특히 S1-S2의 작은 값에 대해 낮은 민감도를 가질 수 있다.
도 10 및 도 11에서의 피처(38)들 (및 이의 분리)에 의해 한정된 구조체는 광학 장치의 퓨필 평면에서 획득된 정보를 분석함으로써 (예를 들어, 도 3의 스케터로미터의 제1 센서(19)를 사용함으로써) S1 또는 S2의 값을 결정하기 위해 (예를 들어, 피치-워크의 레벨 및/또는 다른 매개변수를 결정하기 위해) 정반사된 방사선이 어떠한 정보도 생성하지 않거나 적어도 충분한 정보를 제공하지 않도록 한다.
그러나, 도 11의 피처(38)와 관련된 구조체 (예를 들어, CD 등), 구성, 분포 및/또는 임의의 다른 매개변수가 여전히 광학 장치의 퓨필 평면 또는 다른 평면에서 측정될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 따라서, 도 10 및 도 11의 예에서, 광학 장치의 퓨필 평면 및/또는 임의의 다른 평면에서의 신호의 측정으로부터 적어도 하나의 매개변수를 결정하는 것이 여전히 가능할 수 있다.
광학 장치에 의해 (예를 들어, 도 3의 스케터로미터 또는 다른 적절한 광학 장치를 사용하여) 획득된 정보에 기초하여 디바이스 제조 공정 (예를 들어, 리소그래피 공정의 일부)의 매개변수 (예를 들어, 피치 워크 및/또는 적어도 하나의 다른 매개변수)를 측정하는 방법의 예가 아래에 설명되어 있다. 본 발명은 특정 구조적 특징을 갖는 피처를 포함하는 기판(W)을 제공함으로써 측정 방사선과 기판(W) 간의 상호 작용으로부터 발생하는 정반사된 방사선을 사용하여 매개변수 (예를 들어, 피치 워크 및/또는 다른 매개변수)를 측정하는 것이 가능할 수 있다는 점을 인식한다. 정반사된 방사선은 피처와의 상호 작용 후 0차 방사선을 포함할 수 있다. 존재한다면, 1차 및/또는 더 높은 회절 차수는, 예를 들어, 기판(W)을 통해 전파되는 소멸파와 정반사된 방사선의 상호 작용을 통해, 정반사된 방사선의 하나 이상의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 정반사된 방사선은 측정 방사선과 피처 간의 상호 작용으로부터 발생하는 신호의 0차 회절 차수를 포함할 수 있다.
본 방법은 매개변수를 측정하기 위해 기판(W) 상의 제품 피처를 이용할 수 있다. 예를 들어, 기판(W) 상에 형성된 제품은 본 명세서에서 설명된 예들 중 적어도 하나에 대응하는 특정 특징을 갖는 피처를 포함할 수 있으며, 이는 정반사된 방사선만을 또는 적어도 정반사된 방사선을 사용하여 매개변수의 측정을 가능하게 한다. 예에서, 본 방법은 더 높은 회절 차수 (예를 들어, 기판(W)에 의해 생성될 수 있는 1차 및/또는 더 높은 차수)에 존재하는 정보를 사용하여 매개변수를 측정할 수 있다. 본 방법은 퓨필 평면에서 적어도 하나의 회절 차수 (예를 들어, 0차, +1차, 및 더 높은 회절 차수 중 적어도 하나)를 사용하여 매개변수를 측정 또는 결정할 수 있다는 점이 인식될 것이다. 상이한 회절 차수에 의해 생성된 정보는 피처의 특정 특징에 의존할 수 있다. 예를 들어, 상이한 CD 값, 간격 값 (예를 들어, S1 및 S2), 피치 값 등은, 매개변수 또는 관심 대상 매개변수를 결정하기 위해 사용될 수 있는 관련 정보를 포함하는 회절 차수(들)에 영향을 미칠 수 있다.
특정 특징을 갖는 피처는 적어도 하나의 타겟을 한정할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "타겟"은 측정 공정에서 사용되거나 사용될 수 있는 임의의 구조체를 지칭할 수 있다. 타겟은 전용 계측 타겟을 포함할 수 있거나 타겟은 다른 목적을 위해 부분적으로 또는 완전하게 제공되는 구조체의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어 타겟은 제품 피처로부터 형성될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 복수의 제품(40)을 포함하고 있는 기판(W)의 개략적인 도면 및 하나의 제품(40)의 부분(42)의 확대도를 각각 도시하고 있다. 부분(42)은 복수의 피처를 포함하고 있으며, 이 예에서 이 피처는 기판(W)의 Y-축을 따라 연장되고 X-축을 따라 주기적인 방식으로 분포된, 이격된 라인(44)들 형태이다. 기판(W) 상의 제품(40)의 분포, 크기 및 구성 그리고 사실 기판(W) 자체는 전적으로 개략적이며 비례척이 아니다(not-to-scale)라는 점이 인식될 것이다. 또한, 라인(44)의 분포, 크기 및 구성은 전적으로 개략적이고 비례척이 아니다.
도 13a 내지 도 13c는 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하는데 사용하기 위한 복수의 피처 (예를 들어, 도 12b의 라인(44) 등)를 포함하는 부분(42)을 제공하는 적어도 하나의 구조적 특징을 갖는 기판(W) 상의 피처의 상이한 예들을 각각 도시하고 있다. 이 예들은 라인(44)이 Y-축을 따른 방향으로 보여지도록 (예를 들어, 도 12b의 단면 A-A에 의해 도시된 바와 같은) 라인(44)의 횡단면도를 도시하고 있다. 도 13a 내지 도 13c의 예는 (예를 들어, Z-축을 따라 한정된) 높이(h)를 갖는 라인(44)들의 상이한 구성 (또는 패턴)을 갖는 라인(44)을 도시하고 있다 도 12b를 참조하면, 도 13a 내지 도 13c 각각은 제품(40) 내에 4개의 인접한 라인(44)만을 도시하고 있으며 제품은 X-축을 따라 반복되는 동일한 구성 또는 라인 높이(h)의 패턴을 포함하는 복수의 라인(44)을 포함할 수 있다는 점이 인식될 것이다. 라인(44)의 구성 또는 패턴은 제품(40)의 유일한 피처가 아닐 수 있다는 점 그리고 (예를 들어, 라인(44)의 형태이든 다른 형상 및/또는 물질이든지 간에) 상이한 피처를 갖는 상이한 부분(42)들이 있을 수 있다는 점이 인식될 것이다.
도 13a 내지 도 13c는 라인(44)의 높이(h)의 패턴의 면에서 서로 상이하다. 도 13a는 각각 동일한 높이(h)를 갖는 4개의 라인(44)의 패턴을 도시하고 있다. 도 13b는 부분적으로 감소된 높이(h') (이 예에서, 약 50%의 높이 감소)를 갖는 제1 및 제4 라인(44')과 도 13a에서의 라인(44)과 동일한 높이(h)를 갖는 제2 및 제4 라인(44)을 갖는 4개의 라인(44)의 패턴을 도시하고 있다. 도 13c는 부분적으로 감소된 높이(h') (이 예에서, 비록 다른 감소가 고려될 수 있을지라도 약 50%의 높이 감소)를 갖는 제1 라인(44')과 도 13a 및 도 13b에서의 라인(44)과 동일한 높이(h)를 갖는 제2, 제3 및 제4 라인(44)을 갖는 4개의 라인(44)의 패턴을 도시하고 있다. 4개의 라인(44/44')의 패턴은 부분(42)의 다른 라인에서 반복될 수 있으며 및/또는 제품(40)의 다른 위치에서 반복될 수 있다. 높이(h')가 감소된 라인(44')은 기판(W)의 "제1 피처"를 한정할 수 있다. 높이(h)가 감소되지 않은 라인(44)은 기판(W)의 "제2 피처"를 한정할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c 각각에서, 공통 피치(p)는 라인(44, 44')들 사이에서 한정될 수 있다. 피치 워크가 존재하지 않으면, 공통 피치(p)는 모든 라인(44, 44')에 대해 동일하다. 그러나, 피치-워크가 존재하는 경우, (예를 들어, 주기적으로 이격된 구조체들 사이의 피치가, 예를 들어, 대응하는 양만큼 S1과 S2 중 하나를 증가시키고 다른 하나를 감소시킴으로써 변경되도록) 공통 피치(p)는 그 오차의 결과로서 변할 수 있다. 4개의 라인의 도시된 패턴은 단지 예라는 점 그리고 라인 및/또는 다른 피처의 임의의 수/분포가 패턴 (예를 들어, 2, 3, 5개의 라인/피처 등) 내에서 반복될 수 있다는 점이 인식될 것이다.
공통 피치(p)의 예는 10 ㎚ 이하; 20 ㎚ 이하; 30 ㎚ 이하; 50 ㎚ 이하; 100 ㎚ 이하; 150 ㎚ 이하; 200 ㎚ 이하를 포함한다. 이러한 공통 피치(p)는 기판(W) 상의 제품에 대한 예시적인 피처 크기에 대응할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기판(W) 상의 피처 레벨에서 피치 워크와 같은 적어도 하나의 매개변수를 직접적으로 측정하기 위한 장치, 방법 및/또는 시스템을 설명할 수 있다. 더 큰 피치, 예를 들어 300 ㎚ 또는 그 이상, 600 ㎚ 또는 그 이상에 대해, 정반사된 방사선은 광학 장치를 사용하여 측정될 수 있는 적어도 하나의 회절 차수를 포함하는 신호를 포함할 수 있거나 그 신호를 수반할 수 있다는 점이 인식될 것이다.
도 13a 내지 도 13c에서 보여지는 바와 같이, 라인(44')은 제1 피처를 나타내고 있으며, 라인(44)은 제2 피처를 나타내고 있다. 인접한 제1 피처(44')들 간의 피치는 인접한 제2 피처(44)들 간의 피치(p)의 배수이며, 이는 또한 공통 피치로서 한정된다는 것을 알 수 있다. 피치 워크가 피처(44, 44')에 존재한다면, S1 및 S2의 값이 변할 것이기 때문에, 위에서 설명된 바와 같이 그러면 피치(p)가 달라질 것이다. 그러나, S1+S2의 전체 값은 일정하게 유지될 것이며, 피처(44, 44')를 제조하는데 사용되는 사전-패터닝된 피처(30)에 의해 한정된다. 따라서, 예를 들어 도 13b 및 도 13a에서, 제1 피처(44')들 사이의 피치는 일정하게 유지될 수 있다. 이는 도 13b 및 도 13c의 공간적으로 제한된 표현이 더 많은 수의 피처(44, 44')를 커버하도록 확장될 때 더욱 명확하게 보인다.
도 14는, 예를 들어 도 12b의 부분(42)에 포함될 수 있는 바와 같은 라인(44)의 패턴의 다른 예의 개략적인 평면도를 도시하고 있다. 이 예에서, 도 14는 도 12b와 유사하며, Y-축을 따라 연장되고 X-축을 따라 주기적으로 분포된 라인(44)을 도시하고 있다. 도 14에서, 2개의 라인(44')은 라인(44')의 길이 내에 (예를 들어, Y-축을 따라) 컷(46)을 포함하고 있으며 따라서 라인(44')은 컷(cut; 46)에 의해 분리된 2개의 개별 라인을 효과적으로 포함하고 있다. 　이 예에서의 컷(46)은 Z-축으로의 라인(44')의 완전한 제거를 포함한다. 그러나, 다른 예에서, 컷(46)은 선(44')의 높이를 감소시키기 위해 (예를 들어, 도 13b 및 도 13c와 유사한) Z-축으로의 선(44')의 부분적인 제거만을 포함할 수 있다. 도 14는 각각 컷(46) (이 예에서, 100%의 높이 감소 및 라인(44') 길이의 일부에 대해서만 연장)을 갖고 있는 제2 및 제3 라인(44')과 도 13a 내지 도 13c의 라인(44)과 동일한 높이(h)를 갖는 제1 및 제4 라인(44)을 갖는 4개의 라인(44, 44')의 패턴을 도시하고 있다. 이 패턴은 도 13a 내지 도 13c와 관련하여 설명된 것과 유사한 방식으로 반복될 수 있다. 컷(46)을 포함하는 라인(44')은 기판(W)의 "제1 피처"를 한정할 수 있다. 높이(h)가 감소되지 않은 라인(44)은 기판(W)의 "제2 피처"를 한정할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c의 예와 유사하게, 공통 피치(p)는 도 14 내의 라인(44, 44') 사이에서 한정될 수 있다. 4개의 라인(44, 44')과 컷(46)의 도시된 패턴은 단지 예이며, 라인, 컷 및/또는 다른 피처의 임의의 수/분포는 임의의 패턴 (예를 들어, 2, 3, 5개의 라인/피처 등)으로 반복될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 제품(40)은 임의의 CD 및/또는 패턴을 갖는 피처를 포함할 수 있다는 점이 또한 인식될 것이다. 예를 들어, 제품(40)은 높이(h')의 부분적인 감소; 및 제품(40)의 적어도 하나의 피처(예를 들어, 라인(44, 44'))의 컷(46) 중 적어도 하나를 포함하는 피처의 패턴을 포함할 수 있다.
도 15a 내지 도 15b는 복수의 단위 셀(48)을 포함하는 기판(W)을 도시하고 있다. 각 단위 셀(48)은 조합된 피치(50)가 반복하는 단위 셀(48)을 가로질러 제1 피처(44')와 제2 피처(44) 사이에서 한정되도록 X-축을 따라 반복되는 피처 (예를 들어, 라인(44, 44'))들의 패턴을 포함한다. 도 15a 및 도 15b의 단위 셀(48)은 도 13b에 도시된 예에 대응하는 4개의 라인(44, 44')의 패턴을 포함하지만, 단위 셀(48)은 상이한 개수의 피처(44, 44')를 포함하도록 한정될 수 있다. 예를 들어, 도 13c의 예시적인 배열을 사용하여, 단위 셀은 대칭적인 단위 셀을 제공하기 위하여 총 5개의 피처(44, 44')를 포함하도록 한정될 수 있다. 도 15a의 예에서, 조합된 피치(50)는 피치 워크가 존재하는지 여부에 관계없이 "4p" 또는 공통 피치(p)의 4배와 동일하다 (즉, 조합된 피치(50)는 도 15a 및 도 15b 모두에 대해 동일하다). 조합된 피치는 정수의 제1 피처(44')와 또한 정수의 제2 피처(44)인 가장 작은 피치로 한정될 수 있다. 본 예에서의 조합된 피치(50)는 단위 셀(48)이 피치 워크를 나타내는 오차를 갖는 라인(44, 44')을 포함하는 경우 변하지 않는다. 단위 셀(48)은 단위 셀(48)의 중심선(51)을 중심으로 하는 라인(44, 44')의 대칭 패턴/시퀀스를 포함하고 있다. 중심선(51)의 양 측은 라인(44, 44')의 미러 패턴이다.
도면에 제공되고 위에서 설명된 예에서 제1 피처(44')와 제2 피처(44)는 기판(W) 상에 형성된 단일 층 상에 포함되어 있다는 점이 주목된다. 이러한 예에서, 제1 피처(44')는 설명된 바와 같이 제2 피처의 높이를 감소시킴으로써 형성될 수 있다. 그러나, 다른 배열체에서, 제1 피처(44')와 제2피처(44)는 기판(W) 상에 형성된 별도의 층 내에 있을 수 있다. 이 배열체에서, 제1 및 제2 피처의 상대 높이는 피치 워크의 측정에서 중요할 필요는 없다. 제1 및 제2 피처가 단일 층 상에 또는 별개의 층들에 형성되는지에 관계없이, 예시적인 실시예는 피치 워크의 양에 관계없이 일정하게 유지되는 조합된 피치가 리소그래피 공정의 일부로써 피처에 부여되도록 제1 및 제2 피처 사이에 피치를 갖는다.
인식될 바와 같이, 제1 및 제2 피처가 단일 층 상에 있을 때, 제2 피처(44)의 주기적인 본질은 제1 피처(44')에 의해 중단된 것으로 보인다. 그러나, 설명의 목적을 위하여, 제1 및 제2 피처가 오버레이되기 때문에 제2 피처(44)들 사이의 피치는 전체적으로 공통인 것으로 간주된다.
도 16a는 광학 장치(도 3 참조)로부터의 측정 방사선으로의 피처 (예를 들어, 라인(44, 44') 또는 임의의 다른 적절한 피처)의 조명에 의하여 매개변수 (예를 들어, 피치-워크, CD 등)를 측정하고 또한 측정 방사선과 피처 간의 상호 작용으로 발생하는 신호를 감지하기 위한 시스템(60)을 도시하고 있다. 시스템(60)은 신호를 측정하기 위한 계측 장치(62)를 포함하여, 예를 들어 측정 방사선에 의한 조명에 대한 기판(W)의 광학 응답을 측정한다. 계측 장치(62)는 신호의 각도, 위상, 진폭, 세기, 편광 정보 등; 중 적어도 하나를 측정하기 위하여 도 3의 광학 장치 또는 임의의 다른 적절한 장치, 예를 들어, 엘립소미터(ellipsometer) 등을 포함할 수 있다.
계측 장치(62)는 광학 장치 또는 다른 적절한 장치에 의해 획득된 정보에 기초하여 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하도록 구성되어 있다. 광학 장치는 측정 방사선으로 기판(W)의 복수의 피처를 조명하도록 그리고 광학 장치를 사용하여 신호를 측정함으로써 측정 방사선과 복수의 피처 간의 상호 작용으로부터 발생하는 정반사된 방사선을 포함하는 신호를 검출하도록 구성되어 있으며, 여기서 복수의 피처는 인접한 피처들 사이에 공통의 피치를 한정하는 주기적 방식으로 분포되고, 복수의 피처 중 하나 이상의 제1 피처는 복수의 피처 중 하나 이상의 제2 피처와 비교하여 적어도 부분적으로 감소된 높이를 갖는다.
계측 장치(62)는 프로세서(64)를 포함하고 있다. 프로세서(64)는 퓨필 평면 이미지에 있을 수 있는, 정반사된 방사선의 예상 분포를 결정(66)하도록 구성되어 있다. 예상 분포는 "모델링된 광학 응답"(67)을 한정할 수 있으며 측정 방사선과 피처 (예를 들어, 라인(44, 44')) 간의 상호 작용으로부터 발생한다. 예상 분포는 모델 (예를 들어, 초기 모델(68) 또는 업데이트된 모델(70))을 기반으로 결정된다. 예상 분포는 피처의 모델로부터의 신호의 반사 및 광학 장치를 통한 그의 후속 전파에 대한 맥스웰(Maxwell)의 방정식을 (예를 들어, 순방향 호출(forward call)을 통해) 해결함으로써 계산된다.
본 예에서, 모델링된 광학 응답(67)은 신호의 퓨필 평면 표현(72)을 포함하며, 동공 평면 표현(72)은 광학 장치의 퓨필 평면에서의 신호의 세기 분포에 대응한다. 그러나, 프로세서(64)가 대안적으로 또는 추가적으로 신호의 이미지 평면 표현 또는 다른 표현을 결정하도록 구성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 계측 장치(64)는 (예를 들어, "측정된 광학 응답"(75)을 제공하기 위해) 측정 방사선과 피처 간의 상호 작용으로부터 발생하는 신호의 분포를 측정(74)하도록 구성되어 있다. 프로세서(64)는 신호 (예를 들어, 측정된 광학 응답(75))를 기반으로 하는 이미지를 예상 이미지 (예를 들어, 모델링된 광학 응답)와 비교(76)하여 그들 간의 오차를 결정하도록 더 구성되어 있다. 예를 들어, 비교(76)는 신호 및 예상 이미지에 기초하여 (예를 들어, 차이를 차감함으로써) 이미지의 대응하는 픽셀 세기 값들 간의 차이를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 　비교(76)는 오차를 결정하기 위해 임의의 적절한 방법을 사용할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
프로세서(64)는 (예를 들어, 피트(78)를 결정함에 의하여) 모델링된 광학 응답이 측정된 광학 응답과 실질적으로 일치하는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 모델링된 광학 응답과 측정된 광학 응답이 일치하거나 충분히 유사하다면, 프로세서(64)는 피트(78)가 양호한 또는 '최상의 피트(best fit)'라는 "예(yes)"를 나타낼 수 있으며, 또한 기판(W) 피처의 모델에 기초하여 피처 또는 피처들을 재구성한다. 예를 들어, 도 16b에 의하여 보여지고 있는 바와 같이, 프로세서(64)는 비교(76)를 실행하도록 구성되어 있다. 프로세서(64)는 예상 및 측정 광학 응답들(67, 75) 사이의 오차(80)가 임계치 아래에 있는지(82)를 계산하도록 구성되어 있으며, 프로세서(64)는 매개변수 (예를 들어, 피치-워크, CD 등)가 모델(68 또는 70)과 연관된 매개변수(84)인 것으로 결정하도록 구성될 수 있다. 그러나, 오차(80)가 임계값보다 크면(82), 피트(78)가 양호한 또는 '최상의 피트'일 때까지 측정된 광학 응답(75)과의 비교를 위한 새로운 모델링된 광학 응답(67)을 생성하기 위하여, 프로세서(64)는 모델(68, 70)을 업데이트(86)하도록 구성될 수 있다.
측정된 광학 응답에 가장 적합한 모델(68, 70)을 결정하면, (예를 들어, CD 또는 피치-워크와 같은 프로파일(88)을 재구성하도록) 기판(W)의 매개변수 또는 복수의 매개변수를 결정하는 것이 가능하다. 최상의 피트 모델(68, 70)이 피치 워크 (및/또는 다른 오차)가 존재한다는 것을 나타내는 경우, 그러면 리소그래피 장치(LA)를 재보정할지, 리소그래피 공정을 계속할지, 오차를 포함하고 있는 기판(W)의 임의의 층을 제거하고 다시 시작할지, 또는 심지어 기판(W)을 제거할지 등이 결정될 수 있다. 특정 제품은 특정 수준의 피치 워크 (및/또는 다른 오차)를 허용할 수 있지만, 다른 제품은 이 특정 수준의 피치-워크 (및/또는 다른 오차)를 용인하지 않을 수 있다. 따라서, 계측 장치(62) 및 관련 방법은 리소그래피 제조 공정이 기판(W) 상에 형성된 제품에 오차를 발생시키고 여부를 결정할 수 있으며 적절한 시간에 조치를 취할 수 있다. 오차는 품질이 낮은 또는 비작동 제품의 제조를 초래할 수 있기 때문에, 오차를 결정하는 것은 리소그래피 제조 공정의 의미가 있는 부분이다. 오차를 결정하는 데 걸리는 시간은 제품 제조의 효율성에 영향을 미친다. 계측 장치(62) 및 관련 방법은 리소그래피 제조 공정이 시간 효율적이고 비용 효과적인 방식으로 진행될 수 있도록 이전 예에서보다 오차를 더 빠르게 결정할 수 있다.
시스템(60)은 임의의 적절한 방식으로 실행될 수 있다. 시스템(60)의 일부로서 사용될 수 있는 시스템의 예가 WO2015/082158 A1에 설명되어 있으며, 이의 내용은 그 전체가 본 명세서에 참고로 인용 참조된다. 　WO2015/082158은 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하고, 모델링된 패턴을 생성하기 위하여 재구성 모델을 결정하고, 모델 오차를 포함하는 다중 가변 코스트 함수(multi- variable cost function)를 계산 및 최소화하는 것을 포함하는 재구성 공정을 설명하고 있다. 장애 모수(nuisance parameters)에 의하여 유도된 오차는 확률 밀도 함수에 의해 설명된, 장애 모수의 거동에 대한 통계적 기술(statistical description)에 기초하여 모델링된다. 통계적 기술로부터 모델 오차는 계산되고 평균 모델 오차 및 계량 매트릭스의 면에서 표현된다. 이들은 재구성 모델의 복잡성을 증가시키지 않고, 재구성에서의 장애 모수의 영향을 감소시키기 위하여 코스트 함수를 변경하기 위해 사용된다. 장애 모수는 모델링된 구조체의 매개변수 및/또는 재구성에 사용된 검사 장치의 매개변수일 수 있다.
도 17에 의하여 도시된 바와 같이, (프로세서(64)를 이용하여 실행될 수 있는) 예시적인 재구성 방법(90)에서, CD 재구성, 피치-워크 재구성 및/또는 적어도 하나의 다른 매개변수의 재구성은:
- 기판 상의 피처에 의하여, 예를 들어 퓨필 이미지를 계산(92)함으로써 산란된 신호의 분포를 측정하는 것;
- 기판(W) 상의 격자와 같은 피처의 수학적 (예를 들어, 기하학적 형상) (예를 들어, 모델(68 또는 70)과 같은) 모델을 한정(94)하는 것;
- 맥스웰 방정식을 이용하여 모델에 의해 산란(94)된 신호의 예상 분포를 계산(96) (예를 들어, 수치적으로 적분)하여, 예를 들어 계산된 퓨필 이미지를 생성하는 것;
- 계산된 퓨필 이미지를 (예를 들어, 계측 장치(62)를 이용한 측정에 의하여 획득된 것과 같은) 측정된 퓨필 이미지와 비교(92)하는 것; 및
- 예를 들어 예상 퓨필 이미지에 영향을 미치는 모델의 적어도 하나의 매개변수를 변화(100) (예를 들어, 2개 이상의 매개변수는 피처의 기하학적 형상을 한정(100)함) 시킴으로써 모델을 변화시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 단계들은 추정 퓨필 이미지가 측정 퓨필 이미지와 공차 내에서 유사할 때까지 반복될 수 있으며, 이 시점에서 본 방법(90)은 모델이 기판(W)의 피처 또는 피처들을 정확하게 설명하여 디바이스 제조 공정의 매개변수, 예를 들어 피치 워크를 재구성(102)한다는 것을 나타낸다. 상이한 매개변수들은 유하거나 상이한 방식으로 퓨필 이미지에 영향을 미칠 수 있다는 점이 인식될 것이다. 예를 들어, 적어도 2개의 상이한 매개변수가 동일한 퓨필 이미지를 생성하는 것이 가능할 수 있다. 본 명세서에 개시된 예시적인 방법 및 장치에서, 피처의 하나의 매개변수의 효과를 다른 매개변수와 구별하는 것이 불가능할 수 있다. 피치 보행 오차가 결정될 예에서, 본 명세서에 개시된 방법 및 장치는 퓨필 이미지에 대한 S1 및/또는 S2의 효과가 독립적으로 결정되는 것을 허용한다. 본 방법(90)은 다양한 방식으로 실행될 수 있다는 것이 또한 인식될 것이다. 예를 들어, 퓨필 이미지를 측정(92)하는 대신, 이미지 평면 (이미지) (또는 실제로 광학 장치의 임의의 적절한 평면에서의 임의의 이미지)이 측정될 수 있다. 수학적 모델(94), 계산(96) 단계 및/또는 비교(98) 단계는 (예를 들어, 광학 장치의 각 평면에서의 상이한 세기 분포 프로파일로 인하여) 광학 장치의 평면이 측정/계산되는 것을 반영하도록 적절하게 수정되거나 조정될 수 있다
본 발명은 (예를 들어, 2개의 매개변수(S1 및 S2) 각각에 대해) 구별 가능한 퓨필 이미지를 생성하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 기판의 적어도 하나의 피처에 상이한 치수 (예를 들어, 라인(44) 등과 비교하여 라인(44')의 부분적으로 감소된 높이)을 제공함으로써, 구별 가능한 퓨필 이미지들을 탈-상관시키거나 계산하는 것, 그리고 예를 들어, (CD 또는 다른 매개변수의 오차와 대조적으로) 피치-워크가 피처에서 발생하고 있다는 것을 식별하는 것이 가능할 수 있다. 반대로, 본 발명은 피처의 적어도 하나의 매개변수가 오차에 책임이 있다는 것 또는 적어도 하나의 매개변수가 오차에 책임이 없다는 것을 결정하는 (예를 들어, 오차의 식별을 돕는) 방법을 제공할 수 있다. 본 방법(90)은 시스템(60)의 적어도 일부를 사용하거나 임의의 다른 적절한 시스템을 사용하여 적어도 부분적으로 실행될 수 있다.
도 18a는 임의의 라인(44)의 높이 감소가 없는 도 13a에 대응한다. 즉, 도 18a 내에서의 피처는 제2 피처(44)만을 포함한다. 도 18b 및 도 18c는 도 18a의 피처 (예를 들어, 반복 단위 셀)를 포함하는 기판(W)에 대한 예상된 매개변수 (예를 들어, S1 및 S2에 대한 예상값) 대 시뮬레이션된 매개변수 (예를 들어, S1 및 S2에 대한 시뮬레이션 값) 의 시뮬레이션을 나타내는 2개의 "세트-겟" 플롯 ("set-get" plot)을 각각 도시하고 있다. 플롯의 x-축은 "세트(set)" 값을 나타내고 플롯의 y-축은 "겟(get)" 값을 나타내며, 양 축은 ㎚ 단위이다. 이 예에서, 공정 내의 실제 상황은 (피치 워크를 포함하는) 기하학적 매개변수에 (S1, S2 및 CD에서 +2 ㎚의) 랜덤 섭동(random perturbation)을 생성함으로써 에뮬레이션된다. 예를 들어 시스템(60) 또는 방법(90)의 일부로서 시뮬레이션된 신호가 그 후 처리되어 매개변수(S1 및 S2) 또는 피치 워크를 정확하게 결정할 수 있는 충분한 신호가 있는지 여부를 평가한다. 도 18a에 도시된 구조체를 사용하여, 도 18b 및 도 18c의 플롯은 예상 결과와 시뮬레이션 결과 사이에 열악한 R2 상관 값 (즉, y=-0.1163x+11.088; S1 겟-세트 플롯에 대하여 R2=0.0089 그리고 y=-0.6649x + 17.085; S2 겟-세트 플롯에 대하여 R2=0.3976)이 있기 때문에 S1 및 S2를 결정할 수 없다는 것을 나타낸다. 열악한 R2 값은 S1 및 S2 값이 정확하게 추론될 수 없다는 결과로서 모델에 대해 만들어진 기하학적 섭동(preturbation)이 퓨필 응답에 충분한 신호를 제공하지 않는다는 것을 나타낸다.
도 19a는 제1 피처 (또는 라인)(44')의 높이가 감소된 도 13b에 대응한다. 이 예에서, 2개의 "세트-겟" 플롯(set-get plots)이 (도 19a에 의해 도시된 구조체에 대한 예상된/시뮬레이션된 매개변수(S1 및 S2에 각각 대응하는) 도 19b 및 도 19c에 의해 도시되어 있다. "세트-겟" 플롯을 계산하기 위해 도 18b 및 도 18c에서와 동일한 절차가 적용된다. 그러나 대조적으로, 세트-겟 플롯은 예상 결과와 시뮬레이션 결과 사이에 매우 우수한 R2 상관 값 (즉, y=0.9983x+0.0163; S1 겟-세트 플롯에 대한 R2=0.9999 및 y=0.9932x + 0.0683; S2 겟-세트 슬롯에 대한 R2=0.9999)이 있으므로 S1와 S2를 정확하게 결정할 수 있음을 나타낸다. 따라서, 도 19a에 의해 제공되는 구조체 (및 다른 유사한 구조체)는 S1 및 S2의 결정을 가능하게 할 수 있으며, 이는 도 18a에 의해 보여지는 것과 같은 구조체를 사용하는 경우 가능하지 않을 수 있다.
개시된 방법 중 임의의 방법은 임의의 적절하게 구성된 계측 장치를 사용하여 실행될 수 있다. 본 발명의 계측 장치(62)는 도 3을 참조하여 위에서 논의된 바와 같은 광학 장치 및/또는 임의의 다른 광학 장치, 예를 들어 엘립소미터 등을 포함할 수 있다. 장치 제조 장치와 계측 장치를 포함하는 디바이스 제조 시스템이 제공될 수 있다. 디바이스 제조 시스템은 리소그래피 장치(LA)와 계측 장치(62)를 포함하는 리소그래피 시스템을 포함할 수 있다. (예를 들어, 적어도 리소그래피 장치(LA)를 포함하는) 디바이스 제조 장치는 디바이스 제조 공정 (예를 들어, 리소그래피 제조 공정)을 기판(W) 상에서 수행할 수 있다. 계측 장치(62)는 디바이스 제조 공정의 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성될 수 있다. 디바이스 제조 장치는 계측 장치(62)에 의해 측정된 매개변수를 후속 디바이스 제조 공정에서 이용할 수 있다. 매개변수가 디바이스 제조 공정에서의 오차를 나타내는 경우, 디바이스 제조 장치는 오차의 크기를 감소시키기 위해 또는 오차의 크기를 정정 또는 줄이기 위해 개입이 필요하다는 것을 나타내기 위해 매개변수를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 추가 실시예가 하기의 번호가 부여된 항목에 설명되어 있다:
1. 기판은 광학 장치로부터의 측정 방사선으로의 피처의 조명에 의하여 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정 그리고 측정 방사선과 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 신호를 검출하는데 사용하기 위한 복수의 피처를 포함하며,
복수의 피처는 제1 피치로 주기적인 형태로 분포된 제1 피처들 및 제2 피치로 주기적인 형태로 분포된 제2 피처들을 포함하고,
제1 피치와 제2 피치는 제1 및 제2 피처의 조합된 피치가 복수의 피처에서의 피치 워크의 존재와 관계없이 일정하도록 한다.
2. 항목 1의 기판에서, 제1 피처는 스페이서 패터닝 방법을 이용하여 구성되며, 조합된 피치는 스페이서 패터닝 방법에서 이용된 맨드렐의 폭의 배수이다.
3. 항목 1 또는 2의 기판에서, 제1 및 제2 피처는 기판의 x 및 y 치수에서 공간적으로 일치한다.
4. 항목 1 내지 3 중 어느 한 항목의 기판에서, 제1 및 제2 피처는 기판에 형성된 또는 기판 상에서 패터닝된 개별 층 상에 구성되어 있다.
5. 항목 1 내지 3 중 어느 한 항목의 기판에서, 제1 및 제2 피처는 기판에 형성된 또는 기판 상에서 패터닝된 단일 층 상에 구성되어 있다.
6. 항목 5의 기판에서, 하나 이상의 제1 피처는 제2 피처를 포함하며, 그 높이는 적어도 부분적으로 감소된다.
7. 항목 6의 기판에서, 제1 피처는 기판의 x 및 y 치수에서 제1 피처의 길이 및/또는 폭의 적어도 일부에 걸쳐 제2 피처와 비교하여 감소된 높이를 가지며, 피처의 높이는 기판에 수직인 대응하는 z-축을 따라 한정된다.
8. 항목 6 또는 7의 기판에서, 제2 피처에 대한 제1 피처의 높이 비율은 0.9 이하; 0.8 이하; 0.7 이하; 0.6 이하; 및 0.5 이하 중 하나이다.
9. 항목 8의 기판에서, 제2 피처에 대한 제1 피처의 높이 비율은 또한 0.1 또는 그 이상; 0.2 또는 그 이상; 및 0.3 또는 그 이상 중 하나이다.
10. 항목 6 내지 9 중 어느 한 항목의 기판에서, 제1 피처는 그의 높이를 감소시키기 위해 하나 이상의 제2 피처의 적어도 일부를 제거함으로써, 또는 그의 높이를 증가시키기 위해 하나 이상의 제2 피처 상에 적어도 하나의 층을 증착시킴으로써 형성된다.
11. 항목 6 내지 10 중 어느 한 항목의 기판에서, 제1 및 제2 구조체는 복수의 반복적인 주기적 단위 셀 구조체를 형성하며, 각 단위 셀 구조체는 적어도 하나의 제1 피처와 적어도 하나의 제2 피처를 포함하고 있다.
12. 항목 7의 기판에서, 단위 셀 내의 적어도 하나의 제1 피처 및 제2 피처의 분포는 단위 셀이 대칭이 되도록 한다.
13. 항목 11 또는 12의 기판에서, 단위 셀은 150 ㎚ 미만; 100 ㎚ 미만; 80 ㎚ 미만; 60 ㎚ 미만; 및 40 ㎚ 미만 중 하나인 폭 및/또는 길이를 갖고 있다.
14. 항목 1 내지 13 중 어느 한 항목의 기판에서, 제1 및 제2 피처는 측정 방사선과 제1 및 제2 피처 간의 상호 작용으로부터 발생한 정반사된 방사선을 포함하는 신호가 0차 회절 차수를 포함하고 디바이스 제조 공정의 매개변수를 결정하기 위해 광학 장치를 사용하여 측정 가능하도록 배치되어 있다.
15. 항목 1 내지 14 중 어느 한 항목의 기판에서, 제1 및 제2 피처는 제1 및/또는 제2 피처의 피치 워크 오차가 퓨필 평면에 구별 가능한 퓨필 이미지를 생성하도록 배치되어 있다.
16. 항목 1 내지 15 중 어느 한 항목의 기판에서, 제1 및 제2 피처는 디바이스 제조 공정에 의하여 기판에 제조된 또는 기판 상에 패터닝된 라인을 포함하고 있다.
17. 항목 1 내지 16 중 어느 한 항목의 기판에서, 제1 피치는 제2 피치보다 크며, 선택적으로 제2 피치의 배수이다.
18. 항목 1 내지 17 중 어느 한 항목의 기판에서, 제2 피치는 100 ㎚ 미만; 80 ㎚ 미만; 60 ㎚ 미만; 40 ㎚ 미만; 20 ㎚ 미만; 및 10 ㎚ 미만 중 하나이다.
19. 기판은 광학 장치로부터의 측정 방사선으로의 피처의 조명에 의하여 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하는데 그리고 측정 방사선과 복수의 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 신호를 검출하는데 사용하기 위한 복수의 피처를 포함하고 있으며,
복수의 피처는 인접한 피처들 사이에 100 ㎚ 미만의 공통의 피치를 한정하는 주기적인 형태로 분포되어 있고, 복수의 피처 중 하나 이상의 제1 피처는 복수의 피처 중 하나의 제2 피처와 비교하여 적어도 부분적으로 감소된 높이를 갖고 있다.
20. 광학 장치에 의하여 획득된 정보를 기초로 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하기 위한 계측 장치로서, 광학 장치는 측정 방사선으로 기판의 복수의 피처를 조명하도록 그리고 광학 장치를 이용하여 신호를 측정함으로써 측정 방사선과 복수의 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 정반사된 방사선을 포함하는 신호를 검출하도록 구성되며, 복수의 피처는 제1 피치로 주기적인 형태로 분포된 제1 피처들 및 제2 피치로 주기적인 형태로 분포된 제2 피처들을 포함하고, 제1 피치와 제2 피치는 제1 및 제2 피처의 조합된 피치가 복수의 피처에서의 피치 워크의 존재와 관계없이 일정하도록 하며,
계측 장치는 모델에 기초하여, 정반사된 방사선의 예상 분포를 결정하도록; 정반사된 방사선의 측정된 분포를 정반사된 방사선의 결정된 예상 분포와 비교하여 그들 사이의 오차를 결정하도록; 및 오차가 임계 값보다 작은 경우 매개변수가 모델과 관련된 매개변수인 것으로 결정하도록; 또는 오차가 임계 값보다 큰 경우 모델을 업데이트하도록 구성된 프로세서를 포함하고 있다.
21. 항목 20의 계측 장치에서, 정반사된 방사선의 측정된 분포는 퓨필 평면에서 측정된다.
22. 항목 20 또는 21의 계측 장치에서, 정반사된 방사선은 0차 회절 방사선을 포함한다.
23. 광학 장치에 의하여 획득된 정보를 기초로 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정하기 위한 방법으로서, 광학 장치는 측정 방사선으로 기판의 복수의 피처를 조명하도록 그리고 광학 장치를 이용하여 신호를 측정함으로써 측정 방사선과 복수의 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 정반사된 방사선을 포함하는 신호를 검출하도록 구성되며, 복수의 피처는 제1 피치로 주기적인 형태로 분포된 제1 피처들 및 제2 피치로 주기적인 형태로 분포된 제2 피처들을 포함하고, 제1 피치와 제2 피치는 제1 및 제2 피처의 조합된 피치가 복수의 피처에서의 피치 워크의 존재와 관계없이 일정하도록 하며,
본 방법은 모델에 기초하여, 정반사된 방사선의 예상 분포를 결정하는 것;
정반사된 방사선의 측정된 분포를 정반사된 방사선의 결정된 예상 분포와 비교하여 그들 사이의 오차를 결정하는 것; 및
오차가 임계 값보다 작은 경우 매개변수가 모델과 관련된 매개변수인 것으로 결정하는 것; 또는
오차가 임계 값보다 큰 경우 모델을 업데이트하는 것을 포함하고 있다.
24. 컴퓨터 프로그램은 적어도 하나의 프로세서에서 실행될 때 적어도 하나의 프로세서가 장치를 제어하도록 하여 항목 23에 따른 방법을 수행하는 명령을 포함하고 있다.
25. 항목 24의 컴퓨터 프로그램을 포함하는 캐리어에서, 캐리어는 전자 신호, 광학 신호, 무선 신호, 또는 비일시적 컴퓨터 독출 가능한 저장 매체 중 하나이다.
특정 참조가 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 예의 사용에 대하여 위에서 이루어질 수 있지만, 본 발명은 다른 적용, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며 또한 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 점이 인식될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 한정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층 내로 가압될 수 있으며, 그 결과 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그들의 조합을 인가함으로써 경화될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 레지스트 내에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서 사용된 용어 "방사선" 및 "빔"은 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 약 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 ㎚의 파장을 갖는) 자외 (UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 ㎚ 범위 내의 파장을 갖는) 극자외 (EUV) 방사선을 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선을 포함한다.
본 명세서가 허용하는 용어 "렌즈"는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성 요소를 포함하는, 다양한 유형의 광학 구성 요소들 중 임의의 하나 또는 그들의 조합을 지칭할 수 있다.
예에 대한 앞선 설명은 당업계의 지식을 적용함으로써 다른 이들이 과도한 실험 없이 본 발명의 범위를 개념을 벗어나지 않고, 다양한 적용을 위하여 이러한 특정 예를 쉽게 변경하고 및/또는 조정할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 따라서, 이러한 조정 및 변형은 본 명세서에 제공된 교시 및 안내에 기초하여, 개시된 예의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서의 어구 또는 전문 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니며 따라서 본 명세서 내의 전문 용어 또는 어구는 교시 및 안내를 고려하여 당 업자에 의하여 해석되어야 한다는 점이 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 광학 장치로부터의 측정 방사선으로의 피처의 조명에 의하여 디바이스 제조 공정의 매개변수를 측정 그리고 상기 측정 방사선과 상기 피처 간의 상호 작용에서 발생하는 신호를 검출하는데 사용하기 위한 복수의 피처를 포함하며,
    상기 복수의 피처는 제1 피치로 주기적인 형태로 분포된 제1 피처들 및 제2 피치로 주기적인 형태로 분포된 제2 피처들을 포함하고,
    상기 제1 피치와 상기 제2 피치는 상기 제1 및 제2 피처의 조합된 피치가 상기 복수의 피처에서의 피치 워크의 존재와 관계없이 일정하도록 하는 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 피처는 스페이서 패터닝 방법을 이용하여 구성되며, 상기 조합된 피치는 상기 스페이서 패터닝 방법에서 이용된 맨드렐의 폭의 배수인 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 피처는 기판의 x 및 y 치수에서 공간적으로 일치하는 기판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 피처는 상기 기판에 형성된 또는 상기 기판 상에서 패터닝된 개별 층 상에 구성된 기판.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 피처는 상기 기판에 형성된 또는 상기 기판 상에서 패터닝된 단일 층 상에 구성된 기판.
  6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 제1 피처는 제2 피처를 포함하며, 그 높이는 적어도 부분적으로 감소되는 기판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 피처는 상기 기판의 x 및 y 치수에서 상기 제1 피처의 길이 및/또는 폭의 적어도 일부에 걸쳐 상기 제2 피처와 비교하여 감소된 높이를 가지며, 상기 피처의 높이는 상기 기판에 수직인 대응하는 z-축을 따라 한정되는 기판.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 피처에 대한 상기 제1 피처의 높이 비율은 0.9 이하; 0.8 이하; 0.7 이하; 0.6 이하; 및 0.5 이하 중 하나인 기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 피처에 대한 상기 제1 피처의 높이 비율은 또한 0.1 또는 그 이상; 0.2 또는 그 이상; 및 0.3 또는 그 이상 중 하나인 기판.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 피처는 그의 높이를 감소시키기 위해 하나 이상의 상기 제2 피처의 적어도 일부를 제거함으로써, 또는 그의 높이를 증가시키기 위해 하나 이상의 상기 제2 피처 상에 적어도 하나의 층을 증착시킴으로써 형성된 기판.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 구조체는 복수의 반복적인 주기적 단위 셀 구조체를 형성하며, 각 단위 셀 구조체는 적어도 하나의 제1 피처와 적어도 하나의 제2 피처를 포함하는 기판.
  12. 제7항에 있어서, 상기 단위 셀 내의 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 피처의 분포는 상기 단위 셀이 대칭이 되도록 하는 기판.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 단위 셀은 150 ㎚ 미만; 100 ㎚ 미만; 80 ㎚ 미만; 60 ㎚ 미만; 및 40 ㎚ 미만 중 하나인 폭 및/또는 길이를 갖는 기판.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 피처는 상기 측정 방사선과 상기 제1 및 제2 피처 간의 상호 작용으로부터 발생한 정반사된 방사선을 포함하는 신호가 0차 회절 차수를 포함하고 상기 디바이스 제조 공정의 상기 매개변수를 결정하기 위해 광학 장치를 사용하여 측정 가능하도록 배치된 기판.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 피처는 상기 제1 및/또는 제2 피처의 피치 워크 오차가 상기 퓨필 평면 내에 구별 가능한 퓨필 이미지를 생성하도록 배치된 기판.
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