KR20200039004A - 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 방법 - Google Patents
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Abstract
패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 방법이 개시되며, 상기 방법은: 타겟에 대해, 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 중간 파라미터에 대한 제1 값을 계산하는 단계; 타겟에 대해, 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 중간 파라미터에 대한 제2 값을 계산하는 단계; 및, 중간 파라미터에 대한 제1 및 제2 값에 기초하여, 패터닝 프로세스 파라미터에 대한 복합 측정치를 계산하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 9월 22일자로 제출된 EP 출원 제17192525.8호 및 2018년 1월 12일자로 제출된 EP 출원 제18151420.9호의 우선권을 주장하며, 상기 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합되어 있다.
기술 분야
본 발명은 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 방법, 계측 장치, 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품, 및 시스템에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용하는 기계이다. 리소그래피 장치는 예를 들면, 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 달리 마스크 또는 레티클(reticle)로 지칭되는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예를 들면, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들면, 하나 또는 수 개의 다이의 일부를 포함함)에 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공된 방사선 감수성 재료(레지스트)의 층에의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패턴화된 인접 타겟부들의 네트워크를 포함하게 된다.
패터닝 프로세스(즉, 전형적으로 레지스트의 현상, 에칭 등과 같은 하나 이상의 관련 처리 단계를 포함할 수 있는, (리소그래피 노광 또는 임프린트와 같은) 패터닝을 포함하는 디바이스 또는 다른 구조를 생성하는 프로세스)를 가능케 하는 중대한 측면은 프로세스 자체의 개발, 모니터링 및 제어를 위한 설정, 및 그 후의 프로세서 자체의 실제 모니터링 및 제어를 포함한다. 패터닝 디바이스 패턴(들), 레지스트 유형(들), (현상, 에칭 등과 같은) 포스트 리소그래피 프로세스 단계들과 같은 패터닝 프로세스의 기본 사항들의 구성을 가정하면, 패턴을 기판 상에 전사하기 위한 패터닝 프로세스에서 장치를 셋업하고, 프로세스를 모니터링하기 위해 하나 이상의 계측 타겟을 개발하며, 계측 타겟을 측정하기 위해 계측 프로세스를 셋업하고, 그 후에 측정에 기초하여 프로세스를 모니터링 및/또는 제어하는 프로세스를 구현하는 것이 바람직하다.
그래서, 패터닝 프로세스에서는, 구조의 임계 치수(critical dimension: CD), 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속 층들 사이의 오버레이 에러(즉, 연속 층들의 바람직하지 않으며 의도치 않은 오정렬) 등과 같은 하나 이상의 관심 파라미터를 결정(예를 들면, 측정, 패터닝 프로세스의 하나 이상의 측면을 모델링하는 하나 이상의 모델을 사용한 시뮬레이션 등)하는 것이 바람직하다.
패터닝 프로세스에 의해 생성된 구조에 대한 이러한 하나 이상의 관심 파라미터를 결정하고, 이들 파라미터를 패터닝 프로세스와 관련된 설계, 제어, 및/또는 모니터링, 예를 들면 프로세스 설계, 제어, 및/또는 검증을 위해 사용하는 것이 바람직하다. 패턴화된 구조의 결정된 하나 이상의 관심 파라미터는 패터닝 프로세스 설계, 보정 및/또는 검증, 결함 검출 또는 분류, 수율 추정 및/또는 프로세스 제어에 사용될 수 있다.
그래서, 패터닝 프로세스에서는, 예를 들면 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조를 측정하는 것이 종종 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위해 종종 사용되는 주사 전자 현미경, 및 오버레이(overlay), 즉 디바이스의 2개의 층의 정렬 정확도의 측정치를 측정하기 위한 특수화된 툴을 포함하여, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 오버레이는 2개의 층 사이의 오정렬 정도의 관점에서 설명될 수 있으며, 예를 들어 1nm의 측정된 오버레이라 함은 2개의 층이 1nm 만큼 오정렬된 상황을 기술할 수 있다.
리소그래피 분야에서 사용하기 위한 다양한 형태의 검사 장치(예를 들면, 계측 장치)가 개발되었다. 이들 디바이스는 방사선 빔을 타겟에 지향시키고, 재지향된(예를 들면, 산란된) 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들면, 파장의 함수로서 단일 반사각에서의 강도(intensity); 반사각의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 강도; 또는 반사각의 함수로서의 편광 - 을 측정하여, 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있는 "스펙트럼"을 획득한다. 관심 특성의 결정은 다양한 기법: 예를 들어, 엄밀한 결합파 해석(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법과 같은 반복 접근법에 의한 타겟의 재구성; 라이브러리 검색; 및 주 컴포넌트(principal component) 분석에 의해 수행될 수 있다.
다른 기법은 0차(zeroth order) 회절(경면 반사에 대응함)을 차단하는 것을 포함하며, 고차수(higher orders)만을 처리한다. 이러한 계측의 예들은 PCT 특허 출원 공개 번호 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾을 수 있으며, 이들 특허 문헌은 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합되어 있다. 이 기법의 추가적인 발전은 미국 특허 출원 공개 번호 US 2011-0027704, US 2011-0043791, 및 US 2012-0242940에 기재되어 있으며, 이들 특허 문헌 각각은 그 전체가 본 명세서에 통합되어 있다. 이러한 회절 기반의 기법은 전형적으로 오버레이를 측정하는 데 사용된다. 기법의 타겟은 조명 스폿보다 작을 수 있으며 기판 상의 제품 구조에 의해 둘러싸일 수 있다. 타겟은 하나의 이미지에서 측정될 수 있는 복수의 주기 구조(periodic structure)를 포함할 수 있다. 이러한 계측 기법의 특정 형태에서는, 정상(예를 들면, +1차) 및 상보적인(예를 들면, -1차) 회절 차수 강도를 개별적으로 획득하기 위해 타겟을 회전시키거나 조명 모드 또는 이미징 모드를 변경하면서, 특정 조건 하에서 타겟을 2회 측정함으로써 오버레이 측정 결과가 얻어진다. 주어진 타겟에 대한 이들 회절 차수 강도의 비교인 강도 비대칭은 타겟 비대칭의 측정, 즉 타겟에서의 비대칭을 제공한다. 타겟의 이 비대칭은 오버레이 에러의 지표로 사용될 수 있다.
오버레이 측정의 예에서, 상기 기법들은 오버레이(즉, 오버레이 에러 및 의도적 바이어스)가 타겟에서 타겟 비대칭의 유일한 원인이라는 가정에 의존한다. 상부 층 및/또는 하부 층의 주기 구조 내의 피처(feature)의 구조적 비대칭, 센서를 사용한 측정에서의 비대칭 등과 같은 타겟 또는 측정에서의 기타 비대칭도 1차(또는 다른 고차)에서 측정 강도 비대칭을 야기할 수 있다. 타겟 및/또는 측정에서의 이러한 기타 비대칭에 기인하며 (의도적 바이어스를 포함하여) 오버레이와 관련이 없는 이 강도 비대칭은 오버레이 측정을 교란시키며, 그래서 부정확한 오버레이 측정을 제공한다.
특정 측정 방사선 파장에서 측정 결과에는 상당한 편차가 있을 수 있다. 피처 비대칭 효과가 없다고 가정하면 상이한 측정 결과는 매우 상이한 오버레이 결과를 유발할 수 있다. 오버레이 측정이 어떠한 피처 비대칭 효과에 대해서도 보다 강고(robust)하도록 2개의 상이한 측정 방사선 파장에서 취해진 측정을 사용할 수 있다. 하지만, 어떤 경우에는 상이한 측정 방사선 파장을 사용하는 측정에서 단일 측정 방사선 파장에 의한 측정에서보다 더 많은 노이즈가 발생한다.
오버레이와 같은 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 정확도를 향상시키는 것이 바람직하다. 패터닝 프로세스 파라미터의 결정에 대한 노이즈의 영향을 저감시키는 것이 바람직하다. 패터닝 프로세스 파라미터의 결정의 재현성을 향상시키는 것이 바람직하다.
일 실시예에는, 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: 타겟에 대해, 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 중간 파라미터에 대한 제1 값을 계산하는 단계; 타겟에 대해, 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 중간 파라미터에 대한 제2 값을 계산하는 단계; 및, 중간 파라미터에 대한 제1 및 제2 값에 기초하여, 패터닝 프로세스 파라미터에 대한 복합 측정치(combined measurement)를 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시예에는, 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: 기판의 층을 가로 질러 복수의 타겟 각각에 대해, 패터닝 프로세스 파라미터에 대한 측정치를 계산하는 단계를 포함하고, 타겟들 중 적어도 하나에 대해, 측정치는 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 계산되며, 타겟들 중 적어도 다른 하나에 대해, 측정치는 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 계산된다.
다양한 실시예의 구조 및 작동뿐만 아니라 다른 특징들 및 이점들이 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다. 본 발명은 본 명세서에 기재된 특정 실시예들로 국한되지 않음에 유의한다. 이러한 실시예들은 단지 예시의 목적으로 본 명세서에 제시된다. 추가 실시예들은 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
이제 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 실시예들이 설명될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 실시예를 도시한다.
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터의 실시예를 도시한다.
도 3은 예시적인 검사 장치 및 계측 기법을 개략적으로 도시한다.
도 4는 예시적인 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 검사 장치의 조명 스폿과 계측 타겟 사이의 관계를 예시한다.
도 6은 측정 데이터에 기초하여 복수의 관심 변수를 도출하는 프로세스를 개략적으로 도시한다.
도 7a는 제1 조명 개구 쌍을 사용하여 타겟을 측정하도록 구성된 검사 장치(예를 들면, 이 경우에는 암시야 산란계)의 개략도를 도시한다.
도 7b는 주어진 조명 방향에 대한 타겟 주기 구조의 회절 스펙트럼의 상세 사항을 개략적으로 도시한다.
도 7c는 회절 기반의 오버레이 측정을 위해 도 7a의 검사 장치를 사용할 때 추가 조명 모드를 제공하는 제2 조명 개구 쌍을 개략적으로 도시한다.
도 7d는 제1 및 제2 개구 쌍을 결합한 제3 조명 개구 쌍을 개략적으로 도시한다.
도 8은 복수의 주기 구조 타겟의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽선을 도시한다.
도 9는 도 7a의 검사 장치에서 획득된 도 8의 타겟의 이미지를 도시한다.
도 10은 도 3의 검사 장치를 사용한 오버레이 측정 방법의 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 각각 제로(zero) 영역에서 상이한 오버레이 값을 갖는 오버레이 주기 구조의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 11d는 처리 효과로 인해 저부(bottom) 주기 구조에 구조 비대칭을 갖는 오버레이 주기 구조의 개략적인 단면도이다.
도 11e는 의도적인 바이어스를 갖는 주기 구조를 갖는 오버레이 타겟의 개략적인 평면도이다.
도 11f는 도 11e에 도시된 것과 같은 타겟으로부터 특정 차수의 방사선의 검출된 회절 신호의 예를 도시한다.
도 11g는 도 11e에 도시된 것과 같은 타겟으로부터 다른 특정 차수의 방사선의 검출된 회절 신호의 예를 도시한다.
도 11h는 2층 주기 구조를 갖는 타겟으로부터의 방사선의 회절을 설명하기 위한 간단한 모델의 개략도이다.
도 12는 구조적 비대칭의 영향을 받지 않는, 이상적인 타겟에서의 오버레이 측정의 원리를 도시한다.
도 13은 본 명세서의 실시예에 개시된 바와 같은 구조적 비대칭의 보정을 갖는, 비이상적인 타겟에서의 오버레이 측정의 원리를 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 오버레이 타겟에 대한 A+ 대 A-의 플롯이다.
도 15는 일 실시예에 따른 피처 비대칭 효과를 갖는 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 16a, 도 16b, 및 도 16c는 일 실시예에 따른 다양한 피처 비대칭 효과(피처 비대칭 효과가 없는 것도 포함함)를 갖는 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 17a는 일 실시예에 따른 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 17b는 일 실시예에 따른 피처 비대칭 효과를 갖는 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 18은 일 실시예에 따른, 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 오버레이 타겟의 인스턴스 및 피처 비대칭 효과를 갖는 오버레이 타겟의 인스턴스에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 19는 측정 방사선 파장과 오버레이 감도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 측정 방사선 파장과 스택 감도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21은 기판 상의 위치와 단일 파장 및 복수 파장 오버레이 값들 사이의 차(difference) 사이의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 상의 위치와 단일 파장 및 복수 파장 측정이 어떻게 혼합될 수 있는지 사이의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 23은 영역들로 분할된 기판의 층을 도시한 개략도이다.
도 1은 리소그래피 장치의 실시예를 도시한다.
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터의 실시예를 도시한다.
도 3은 예시적인 검사 장치 및 계측 기법을 개략적으로 도시한다.
도 4는 예시적인 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 검사 장치의 조명 스폿과 계측 타겟 사이의 관계를 예시한다.
도 6은 측정 데이터에 기초하여 복수의 관심 변수를 도출하는 프로세스를 개략적으로 도시한다.
도 7a는 제1 조명 개구 쌍을 사용하여 타겟을 측정하도록 구성된 검사 장치(예를 들면, 이 경우에는 암시야 산란계)의 개략도를 도시한다.
도 7b는 주어진 조명 방향에 대한 타겟 주기 구조의 회절 스펙트럼의 상세 사항을 개략적으로 도시한다.
도 7c는 회절 기반의 오버레이 측정을 위해 도 7a의 검사 장치를 사용할 때 추가 조명 모드를 제공하는 제2 조명 개구 쌍을 개략적으로 도시한다.
도 7d는 제1 및 제2 개구 쌍을 결합한 제3 조명 개구 쌍을 개략적으로 도시한다.
도 8은 복수의 주기 구조 타겟의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽선을 도시한다.
도 9는 도 7a의 검사 장치에서 획득된 도 8의 타겟의 이미지를 도시한다.
도 10은 도 3의 검사 장치를 사용한 오버레이 측정 방법의 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 각각 제로(zero) 영역에서 상이한 오버레이 값을 갖는 오버레이 주기 구조의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 11d는 처리 효과로 인해 저부(bottom) 주기 구조에 구조 비대칭을 갖는 오버레이 주기 구조의 개략적인 단면도이다.
도 11e는 의도적인 바이어스를 갖는 주기 구조를 갖는 오버레이 타겟의 개략적인 평면도이다.
도 11f는 도 11e에 도시된 것과 같은 타겟으로부터 특정 차수의 방사선의 검출된 회절 신호의 예를 도시한다.
도 11g는 도 11e에 도시된 것과 같은 타겟으로부터 다른 특정 차수의 방사선의 검출된 회절 신호의 예를 도시한다.
도 11h는 2층 주기 구조를 갖는 타겟으로부터의 방사선의 회절을 설명하기 위한 간단한 모델의 개략도이다.
도 12는 구조적 비대칭의 영향을 받지 않는, 이상적인 타겟에서의 오버레이 측정의 원리를 도시한다.
도 13은 본 명세서의 실시예에 개시된 바와 같은 구조적 비대칭의 보정을 갖는, 비이상적인 타겟에서의 오버레이 측정의 원리를 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 오버레이 타겟에 대한 A+ 대 A-의 플롯이다.
도 15는 일 실시예에 따른 피처 비대칭 효과를 갖는 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 16a, 도 16b, 및 도 16c는 일 실시예에 따른 다양한 피처 비대칭 효과(피처 비대칭 효과가 없는 것도 포함함)를 갖는 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 17a는 일 실시예에 따른 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 17b는 일 실시예에 따른 피처 비대칭 효과를 갖는 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 18은 일 실시예에 따른, 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 오버레이 타겟의 인스턴스 및 피처 비대칭 효과를 갖는 오버레이 타겟의 인스턴스에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다.
도 19는 측정 방사선 파장과 오버레이 감도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 측정 방사선 파장과 스택 감도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21은 기판 상의 위치와 단일 파장 및 복수 파장 오버레이 값들 사이의 차(difference) 사이의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 상의 위치와 단일 파장 및 복수 파장 측정이 어떻게 혼합될 수 있는지 사이의 관계를 나타내는 개략도이다.
도 23은 영역들로 분할된 기판의 층을 도시한 개략도이다.
실시예들을 상세히 설명하기 전에, 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 장치는 방사선 빔(B)(예를 들면, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 광학 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지부 또는 지지 구조(예를 들면, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들면, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들면, 웨이퍼 테이블)(WT); 및, 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들면, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 광학 시스템(예를 들면, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 광학 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위해, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기, 또는 다른 유형의 광학 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지부는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들면, 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지부는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식(electrostatic), 또는 다른 클램핑 기법을 사용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지부는 예를 들면, 필요에 따라 고정되거나 이동 가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지부는 패터닝 디바이스가 예를 들면, 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 모든 사용은 보다 일반적인 용어인 "패터닝 디바이스"의 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "패터닝 디바이스"는 예컨대 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해 방사선 빔에 그 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 예를 들면, 패턴이 위상 쉬프팅(phase-shifting) 특징 또는 소위 어시스트 특징(assist feature)를 포함하는 경우, 방사선 빔에 부여되는 패턴은 기판의 타겟부의 원하는 패턴에 정확하게 대응하지 않을 수도 있음에 유의해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여되는 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에서 생성되는 디바이스의 특정 기능 층에 대응하게 된다.
패터닝 디바이스는 투과성 또는 반사성일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램 가능 미러 어레이(programmable mirror array), 및 프로그램 가능 LCD 패널이 포함된다. 마스크는 리소그래피에서 잘 알려져 있으며, 이진, 교호 위상 쉬프트(alternating phase-shift), 및 감쇠 위상 쉬프트와 같은 마스크 유형뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 유형을 포함한다. 프로그램 가능 미러 어레이의 예는 소형 미러들의 매트릭스 배열을 사용하며, 각 미러는 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키기 위해 개별적으로 틸팅될 수 있다. 틸팅된 미러들은 방사선 빔에 패턴을 부여하는데, 이는 미러 매트릭스에 의해 반사된다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 장치는 (예를 들면, 투과성 마스크를 사용하는) 투과형이다. 혹은, 장치는 (예를 들면, 위에서 언급된 유형의 프로그램 가능 미러 어레이를 사용하거나, 반사성 마스크를 사용하는) 반사형일 수도 있다.
리소그래피 장치는 또한 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록 기판의 적어도 일부가 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들면 물로 덮일 수 있는 유형일 수 있다. 액침 액체(immersion liquid)는 또한 리소그래피 장치의 다른 공간에도, 예를 들면 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 액침 기법은 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 용어는 기판과 같은 구조가 액체에 침지되어야 한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 단지 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수신한다. 예를 들어 소스가 엑시머 레이저인 경우에, 소스와 리소그래피 장치는 별개의 개체일 수 있다. 이러한 경우에, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 여겨지지 않으며, 방사선 빔은 예를 들면, 적절한 지향성 미러 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 보조로 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우에, 소스는 리소그래피 장치의 일체형 부분일 수 있다. 소스(SO)와 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께, 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각 강도 분포(angular intensity distribution)를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 동공 평면(pupil plane)에서 강도 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 σ- 외측 및 σ- 내측으로 지칭됨)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 적분기(integrator: IN) 및 집광기(condenser: CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성 및 강도 분포를 갖도록 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지부(예를 들면, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)(MA) 상에 입사하며 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)(MA)를 통과한 후에, 방사선 빔(B)은 빔을 기판(W)의 타겟부(C) 상에 포커싱시키는 투영 광학 시스템(PS)을 통과하며, 그에 따라 패턴의 이미지를 타겟부(C) 상에 투영한다. 제2 포지셔너(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들면, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더, 또는 정전 용량 센서)의 보조에 의해, 기판 테이블(WT)은 예를 들면, 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 유사하게, 제1 포지셔너(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명시적으로 도시되지는 않음)는 예를 들면, 마스크 라이브러리로부터 기계적인 인출 후에 또는 스캔 중에, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)(MA)를 정확하게 위치시키는데 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)(MA)와 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같은 기판 정렬 마크는 전용 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부들 사이의 공간에도 위치될 수 있다(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려져 있다). 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들면, 마스크)(MA) 상에 2개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 패터닝 디바이스 정렬 마크는 다이들 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커들이 디바이스 피처들 사이에서 다이 내에 또한 포함될 수 있으며, 이 경우에, 마커는 가능한 한 작고 인접한 피처들과 다른 이미징 또는 프로세스 조건들을 필요로 하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템은 아래에 더 설명된다.
이 예에서의 리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 2개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 듀얼 스테이지 타입이며, 이들 사이에서 기판 테이블들이 교환될 수 있다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 한편, 다른 하나의 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상에 로딩되어 다양한 준비 단계가 수행될 수 있다. 준비 단계들은 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 단계 및 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 장치의 처리량의 상당한 증가를 가능케 할 수 있다.
도시된 장치는 예를 들면, 스텝 모드 또는 스캔 모드를 포함하는 다양한 모드에서 사용될 수 있다. 리소그래피 장치의 구성과 작동은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으며 본 발명의 실시예의 이해를 위해 추가로 설명될 필요는 없다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC) 또는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터(cluster)로 지칭되는, 리소그래피 시스템의 일부를 형성한다. 리소그래피 셀(LC)은 기판 상에서 노광 전(pre-exposure) 및 노광 후(post-exposure) 프로세스를 수행하는 장치를 또한 포함할 수 있다. 관행적으로 이들은 레지스트 층을 적층하기 위한 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상액(DE), 냉각 플레이트(CH), 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업해서는, 상이한 프로세스 장치 사이에서 기판들을 이동시키며, 그리고 나서 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 종종 트랙으로 통칭되는 이들 디바이스는 감시 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체가 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어하에 있으며, 감시 제어 시스템(SCS)은 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 또한 제어한다. 그래서, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
적어도 하나의 패터닝 단계(예를 들면, 광학 리소그래피 단계)를 포함하는 패터닝 프로세스(예를 들면, 디바이스 제조 프로세스)를 설계, 모니터링, 제어 등을 하기 위해, 패터닝된 기판이 검사될 수 있고 패터닝된 기판의 하나 이상의 파라미터가 측정된다. 하나 이상의 파라미터는, 예를 들면 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속 층들 사이의 오버레이, 예를 들면 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 피처의 임계 치수(CD)(예를 들면, 임계 선폭), 광학 리소그래피 단계의 포커스 또는 포커스 에러, 광학 리소그래피 단계의 선량(dose) 또는 선량 에러, 광학 리소그래피 단계의 광학 수차 등을 포함할 수 있다. 이러한 측정은 제품 기판 자체의 타겟 및/또는 기판 상에 제공된 전용 계측 타겟에 대해 수행될 수 있다. 주사 전자 현미경, 이미지 기반의 측정 또는 검사 툴 및/또는 다양한 특수 툴의 사용을 포함하여, 패터닝 프로세스에서 형성된 구조를 측정하는 다양한 기법이 있다. 특수 계측 및/또는 검사 툴의 비교적 신속하고 비침습적인 형태는 방사선 빔이 기판의 표면 상의 타겟으로 지향되고 산란된(회절된/반사된) 빔의 특성이 측정되는 것이다. 빔이 기판에 의해 산란되기 전과 후의 빔의 하나 이상의 특성을 비교함으로써, 기판의 하나 이상의 특성이 결정될 수 있다. 이는 회절 기반의 계측 또는 검사로 명명될 수 있다.
도 3은 예시적인 검사 장치(예를 들면, 산란계)를 도시한다. 이는 방사선을 기판(W) 상으로 투영하는 광대역(백색광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 재지향된 방사선은 예를 들면, 좌측 하단의 그래프에 도시된 바와 같이 경면 반사된 방사선의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서의 강도)을 측정하는 분광계 검출기(4)로 전달된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조 또는 프로파일은 예를 들면, 엄밀한 결합파 해석과 비선형 회귀에 의해 또는 도 3의 우측 하단에 도시된 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와 비교하는 것에 의해, 프로세서(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성의 경우에 구조의 일반적인 형태는 알려져 있으며, 구조가 만들어진 프로세스에 대한 지식으로부터 몇몇 변수가 가정되며, 그래서 구조의 몇 개의 변수만이 측정 데이터로부터 결정되면 된다. 이러한 검사 장치는 수직 입사(normal-incidence) 검사 장치 또는 경사 입사 검사 장치로 구성될 수 있다.
사용될 수 있는 다른 검사 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이 디바이스에서는, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(120)을 사용하여 콜리메이션되어 간섭 필터(130) 및 편광기(170)를 투과하고는, 부분 반사 표면(160)에 의해 반사되어, 대물 렌즈(150)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S)에 포커싱되는데, 대물 렌즈(150)는 높은 개구수(NA), 바람직하게는 적어도 0.9 또는 적어도 0.95를 갖는다. (물과 같은, 비교적 높은 굴절률의 유체를 사용하는) 액침 검사 장치는 심지어는 1 초과의 개구수를 가질 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)에서와 같이, 측정 동작 중에 기판(W)을 유지하기 위해 하나 이상의 기판 테이블이 제공될 수 있다. 기판 테이블은 도 1의 기판 테이블(WT)과 형태가 유사하거나 동일할 수 있다. 검사 장치가 리소그래피 장치와 통합된 예에서, 이들은 동일한 기판 테이블일 수도 있다. 측정 광학 시스템과 관련하여 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 대략(coarse) 및 미세(fine) 포지셔너가 제공될 수 있다. 예를 들면, 관심 타겟의 위치를 획득하고 이를 대물 렌즈(150) 아래의 위치로 가져오기 위해 다양한 센서 및 액추에이터가 제공된다. 전형적으로 기판(W)에 걸쳐 상이한 위치에서 타겟에 대해 다수의 측정이 이루어지게 된다. 기판 지지부는 상이한 타겟을 획득하기 위해 X 및 Y 방향으로 및 광학 시스템의 초점에 대해 타겟의 원하는 위치를 획득하기 위해 Z 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들면, 실제로 광학 시스템은 실질적으로 (전형적으로는 X 및 Y 방향으로, 하지만 가능케는 Z 방향으로도) 정지 상태로 유지될 수 있고 기판만이 이동할 때, 대물 렌즈가 기판에 대해 상이한 위치로 이동되는 것처럼 동작을 생각하고 설명하는 것이 편리하다. 기판과 광학 시스템의 상대 위치가 정확하다면, 이들 중 어느 하나가 실제에서 이동하고 있는지, 또는 양자 모두가 이동하고 있는지, 또는 광학 시스템의 일부의 조합이 (예를 들면, Z 및/또는 틸트 방향으로) 이동하고 광학 시스템의 나머지 부분은 정지되어 있으며 기판이 (예를 들면, X 및 Y 방향으로, 하지만 선택적으로 Z 및/또는 틸트 방향으로도) 이동하고 있는지는 원칙적으로 중요하지 않다.
기판(W)에 의해 재지향된 방사선은 그리고 나서 부분 반사 표면(160)을 통과하여 스펙트럼이 검출될 수 있도록 검출기(180) 내로 진입한다. 검출기(180)는 후방 투영 초점 평면(110)(즉, 렌즈 시스템(150)의 초점 거리)에 위치될 수 있거나, 평면(110)은 보조 광학계(도시하지 않음)로 검출기(180) 상에 재이미징될 수 있다. 검출기는 기판 타겟(30)의 2차원 각 산란 스펙트럼(angular scatter spectrum)이 측정될 수 있도록 2차원 검출기일 수 있다. 검출기(180)는 예를 들면, CCD 또는 CMOS 센서의 어레이일 수 있고, 예를 들어 프레임 당 40 밀리초의 적분 시간(integration time)을 사용할 수 있다.
예를 들면, 입사 방사선의 강도를 측정하기 위해 기준 빔이 사용될 수 있다. 이를 위해, 방사선 빔이 부분 반사 표면(160)에 입사될 때, 그 일부가 기준 빔으로서 기준 미러(140) 쪽으로 부분 반사 표면(160)을 투과한다. 기준 빔은 그리고 나서 동일한 검출기(180)의 다른 부분에 또는 다른 검출기(도시하지 않음)에 투영된다.
예를 들어, 405 내지 790 nm, 또는 200 내지 300 nm와 같이 보다 낮은 범위의 관심 파장을 선택하기 위해 하나 이상의 간섭 필터(130)가 이용 가능하다. 간섭 필터는 한 세트의 상이한 필터를 포함하는 대신에 튜닝 가능할 수도 있다. 간섭 필터 대신에 그레이팅(grating)이 사용될 수도 있다. 타겟에 대한 방사선의 입사각의 범위를 제어하기 위해 조명 경로에 개구 조리개 또는 공간 광 변조기(미도시)가 제공될 수 있다.
검출기(180)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서 재지향된 방사선의 강도, 복수 파장에서 개별적으로 또는 파장 범위에 걸쳐서 적분된 강도를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡방향 자기 편광 방사선과 횡방향 전기 편광 방사선의 강도 및/또는 횡방향 자기 편광 방사선과 횡방향 전기 편광 방사선 사이의 위상차를 개별적으로 측정할 수 있다.
기판(W) 상의 타겟(30)은, 현상 후에 바(bar)가 솔리드 레지스트 라인으로 형성되도록 인쇄되는 1-D 그레이팅일 수 있다. 타겟(30)은, 현상 후에 그레이팅이 고체 레지스트 필라(solid resist pillars) 또는 레지스트 내의 비아(via)로 형성되도록 인쇄되는 2-D 그레이팅일 수 있다. 바, 필라, 또는 비아는 기판 내에 또는 기판 상에(예를 들면, 기판 상의 하나 이상의 층 내에) 에칭될 수 있다. (예를 들면, 바, 필라, 또는 비아의) 패턴은 패터닝 프로세스에서의 처리의 변화(예를 들면, 리소그래피 투영 장치(특히 투영 시스템(PS))의 광학 수차, 초점 변화, 선량 변화 등)에 민감하며, 인쇄된 그레이팅에서의 변동으로 발현된다. 따라서, 인쇄된 그레이팅의 측정된 데이터는 그레이팅를 재구성하는 데 사용된다. 선폭 및/또는 형상과 같은 1-D 그레이팅의 하나 이상의 파라미터, 또는 필라 또는 비아의 폭 또는 길이 또는 형상과 같은 2-D 그레이팅의 하나 이상의 파라미터가 인쇄 단계 및/또는 다른 검사 프로세스의 지식으로부터 프로세서(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.
재구성에 의한 파라미터의 측정 외에, 회절 기반의 계측 또는 검사는 제품 및/또는 레지스트 패턴에서의 피처의 비대칭 측정에 사용될 수 있다. 비대칭 측정의 특정 용도는 예를 들면 오버레이 측정을 위한 것이지만, 다른 용도들도 또한 알려져 있다. 이 경우에, 타겟(30)은 전형적으로 다른 세트에 겹쳐진 한 세트의 주기 피처(periodic features)를 포함한다. 예를 들어, 비대칭은 타겟(30)으로부터의 회절 스펙트럼의 상반 부분들을 비교함으로써(예를 들면, 주기 구조의 회절 스펙트럼에서 -1차와 +1차를 비교함으로써) 측정될 수 있다. 도 3 또는 도 4의 기기를 사용한 비대칭 측정의 개념은 예를 들면, 미국 특허 출원 공개 제US2006-066855호에 기재되어 있으며, 이 특허 문헌은 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합되어 있다. 간단히 말하면, 타겟의 회절 스펙트럼의 회절 차수의 위치는 타겟의 주기성에 의해서만 결정되지만, 회절 스펙트럼에서의 비대칭은 타겟을 구성하는 개별 피처의 비대칭을 나타낸다. 검출기(180)가 이미지 센서일 수 있는 도 4의 기기에서, 회절 차수에 있어서의 이러한 비대칭은 검출기(180)에 의해 기록되는 동공 이미지에서 비대칭으로 직접 나타난다. 이 비대칭은 유닛(PU)에서 디지털 이미지 처리에 의해 측정될 수 있으며, 알려진 오버레이 값들에 대해 교정될 수 있다.
도 5는 전형적인 타겟(30)의 평면도 및 도 4의 장치에서의 조명 스폿(S)의 범위를 도시한다. 주변 구조들로부터의 간섭이 없는 회절 스펙트럼을 얻기 위해, 일 실시예에서 타겟(30)은 조명 스폿(S)의 폭(예를 들면, 직경)보다 큰 주기 구조(예를 들면, 그레이팅)이다. 스폿(S)의 폭은 타겟의 폭 및 길이보다 작을 수 있다. 다시 말하면 타겟은 조명에 의해 '언더필되며(underfilled)', 회절 신호는 본질적으로 타겟 자체의 외부의 제품 피처 등으로부터 어떠한 신호도 없다. 조명 장치(2, 120, 130, 170)는 대물 렌즈(150)의 후방 초점 평면을 가로 질러 균일한 강도의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 혹은, 예를 들면 조명 경로에 개구를 포함함으로써, 조명은 축상(on axis) 또는 축외(off axis) 방향으로 제한될 수 있다.
도 6은 계측을 사용하여 획득된 측정 데이터에 기초하여, 타겟 패턴(30')의 하나 이상의 관심 변수(variables of interest)의 값을 결정하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 검출기(180)에 의해 검출된 방사선은 타겟(30')에 대해 측정된 방사선 분포(108)를 제공한다.
주어진 타겟(30')에 대해, 예를 들면 수치 맥스웰 솔버(numerical Maxwell solver)(210)를 사용하여 파라미터화된 모델(206)로부터 방사선 분포(208)가 계산/시뮬레이션될 수 있다. 파라미터화된 모델(206)은 타겟을 구성하고 타겟과 관련된 다양한 재료의 예시적인 층을 보여준다. 파라미터화된 모델(206)은 고려 중인 타겟의 부분의 피처들 및 층들에 대한 하나 이상의 변수를 포함할 수 있으며, 이들은 변동 및 도출될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 변수는 하나 이상의 층의 두께(t), 하나 이상의 피처의 폭(w)(예를 들면, CD), 하나 이상의 피처의 높이(h), 및/또는 하나 이상의 피처의 측벽 각도(α)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 하나 이상의 변수는 하나 이상의 층의 굴절률(예를 들면, 실제 또는 복합 굴절률, 굴절률 텐서 등), 하나 이상의 층의 흡광 계수(extinction coefficient), 하나 이상의 층의 흡수, 현상 중 레지스트의 손실, 하나 이상의 피처의 푸팅(footing), 및/또는 하나 이상의 피처의 라인 에지 거칠기(line edge roughness)를 더 포함할 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 변수들의 초기 값들은 측정되는 타겟에 대해 예상되는 값일 수 있다. 측정된 방사선 분포(108)는 그리고 나서 계산된 방사선 분포(208)와 212에서 비교되어 둘 사이의 차가 결정된다. 차가 있는 경우, 파라미터화된 모델(206)의 하나 이상의 변수의 값들이 변동될 수 있으며, 측정된 방사선 분포(108)와 계산된 방사선 분포(208) 사이에 충분한 매칭이 있을 때까지 새로운 계산된 방사선 분포(208)가 산출되어 측정된 방사선 분포(108)와 비교된다. 그 시점에서, 파라미터화된 모델(206)의 변수들의 값은 실제 타겟(30')의 지오메트리(geometry)에 대한 양호한 또는 최상의 매칭을 제공한다. 일 실시예에서는, 측정된 방사선 분포(108)와 계산된 방사선 분포(208) 사이의 차가 공차 문턱값 내에 있을 때 충분한 매칭이 있게 된다.
실시예들에서 사용하기에 적합한 다른 검사 장치가 도 7a에 도시되어 있다. 타겟(T) 및 타겟을 조명하는데 사용되는 측정 방사선의 회절 광선(diffracted rays)이 도 7b에 보다 상세하게 도시되어 있다. 도시된 검사 장치는 암시야(dark field) 계측 장치로 알려진 유형이다. 검사 장치는 독립형 디바이스일 수도 있고, 또는 예를 들면, 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA)에 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수도 있다. 장치 전체에 몇 개의 분기(several branches)를 갖는 광축이 점선 O으로 표시되어 있다. 이 장치에서, 소스(11)(예를 들면, 크세논 램프)에 의해 방출된 방사선은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 광학 소자(15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배열된다. 예를 들어, 기판 이미지를 검출기에 제공하고 동시에 공간 주파수 필터링을 위해 중간 동공 평면의 액세스를 허용하면, 다른 렌즈 배열도 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판에 입사되는 각도 범위는, 본 명세서에서 (공액) 동공 평면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서 공간 강도 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물 렌즈 동공 평면의 후방 투영 이미지인 평면에서 렌즈들(12와 14) 사이에 적절한 형태의 개구 플레이트(13)을 삽입함으로써 행해질 수 있다. 도시된 예에서, 개구 플레이트(13)는 13N 및 13S로 라벨링된 상이한 형태를 가지며, 그래서 상이한 조명 모드가 선택될 수 있게 한다. 본 예의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는 설명을 위해서만 '북'으로 지정된 방향으로부터 축외 방사선을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 개구 플레이트(13S)는 "남"으로 라벨링된 반대 방향으로부터 유사한 조명을 제공하는 데 사용된다. 다른 개구들을 사용함으로써 다른 조명 모드도 가능하다. 원하는 조명 모드 밖의 모든 불필요한 방사선은 원하는 측정 신호들과 간섭하게 되므로 동공 평면의 나머지 부분은 어두운 것이 바람직하다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 기판(W)이 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직이 되게 배치된다. 기판(W)은 지지부(도시하지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도에서 타겟(T)에 충돌하는 측정 방사선의 광선(I)은 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(점선은 +1 및 2점 쇄선은 -1)을 발생시킨다. 오버필된(overfilled) 작은 타겟의 경우에, 이들 광선은 계측 타겟(T) 및 다른 피처를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 다수의 평행 광선 중 하나일 뿐이라는 것을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 개구는 (유용한 양의 방사선을 수용하는 데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선(I)은 실제로 소정 각도 범위를 차지하게 되며, 회절 광선(0 및 +1/-1)은 다소 확산되게 된다. 작은 타겟의 점 확산 함수(point spread function)에 따르면, 각 차수 +1과 -1은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아니라 소정 각도 범위에 걸쳐 더욱 확산되게 된다. 타겟의 주기 구조의 피치 및 조명 각도는 대물 렌즈에 입사하는 1차 광선이 중심 광축과 밀접하게 정렬되도록 설계 또는 조정될 수 있음에 유의하자. 도 7a 및 도 7b에 도시된 광선은, 순전히 도면에서 이들이 보다 쉽게 구별될 수 있도록, 다소 축을 벗어나 도시되어 있다.
기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 적어도 0차 및 +1차는 대물 렌즈(16)에 의해 수집되어 광학 소자(15)를 통해 다시 지향된다. 도 7a로 돌아가면, 북(N)과 남(S)으로 라벨링된 정반대의 개구를 지정함으로써, 제1 및 제2 조명 모드 양자 모두가 도시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북측으로부터 오는 경우, 즉 개구 플레이트(13N)를 사용하여 제1 조명 모드가 적용되는 경우, +1(N)으로 라벨링된 +1 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 대조적으로, 개구 플레이트(13S)를 사용하여 제2 조명 모드가 적용되는 경우, -1 회절 광선(-1(S)로 라벨링됨)이 렌즈(16)로 진입하는 광선이다.
빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 분기(measurement branches)로 분할한다. 제1 측정 분기에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 사용하여 제1 센서(19)(예를 들면, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(동공 평면 이미지)을 형성한다. 각 회절 차수는 센서 상의 상이한 지점에 이르므로, 이미지 처리는 차수를 비교 및 대조할 수 있다. 센서(19)에 의해 캡처된 동공 평면 이미지는 검사 장치를 포커싱시키고 및/또는 1차 빔의 강도 측정치를 정규화하는 데 사용될 수 있다. 동공 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정 목적으로도 또한 사용될 수 있다.
제2 측정 분기에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예를 들면, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기에서, 동공 평면에 공액인(conjugate) 평면에 개구 조리개(21)가 제공된다. 조리 조리개(21)는 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의해 캡처된 이미지들은 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 그 기능은 수행되는 특정 유형의 측정에 의존하게 된다. '이미지'라는 용어는 여기서 넓은 의미로 사용된다는 것에 유의하자. -1차와 +1차 중 어느 하나만이 존재하는 경우에, 이러한 주기 구조 피처의 이미지는 형성되지 않게 된다.
도 7a, 도 7c, 및 도 7d에 도시된 개구 플레이트(13) 및 필드 조리개(21)의 특정 형태는 순전히 예일뿐이다. 일 실시예에서는, 실질적으로 단 하나의 1차 회절 방사선만을 센서로 통과시키기 위해 타겟의 축상 조명이 사용되고 축외 개구를 갖는 개구 조리개가 사용된다. 또 다른 실시예에서는, 1차 빔 대신에 또는 그에 부가하여 2차, 3차 및 보다 고차 빔(도 7a, 도 7b, 도 7c, 또는 도 7d에는 도시하지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선이 이들 상이한 유형의 측정에 적합하게 하기 위해, 개구 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성된 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있으며, 이 디스크는 원하는 패턴을 적소에 위치시키기 위해 회전된다. 개구 플레이트(13N 또는 13S)는 한 방향(셋업에 따라 X 또는 Y)으로 배향된 주기 구조를 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 것에 유의하자. 직교 주기 구조의 측정을 위해, 90°및 270°의 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 다른 개구 플레이트가 도 7c과 도 7d에 도시되어 있다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형 및 적용은 위에서 언급된 특허 출원 공개공보에 기재되어 있다.
도 8은 알려진 실시에 따라 기판 상에 형성된 (복합) 타겟을 도시한다. 이 예의 타겟은, 검사 장치의 계측 방사선 조명 빔에 의해 형성되는 측정 스폿(31) 내에 모두가 있도록 서로 밀접하게 위치된 4개의 주기 구조(예를 들면, 그레이팅)(32 내지 35)를 포함한다. 4개의 주기 구조는 그래서 모두 동시에 조명되며 센서(19 및 23)에 동시에 이미지화된다. 오버레이 측정 전용의 예에서, 주기 구조(32 내지 35)는 그 자체가 예를 들면, 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층에 패터닝된 상부의 주기 구조(overlying periodic structures)에 의해 형성된 복합 주기 구조이다. 주기 구조(32 내지 35)는 복합 주기 구조의 상이한 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위해 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수 있다. 오버레이 바이어스(overlay bias)의 의미는 도 8을 참조하여 아래에서 설명된다. 주기 구조(32 내지 35)는 입사 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절시키기 위해 도시된 바와 같이, 그 배향도 또한 상이할 수 있다. 일례에서, 주기 구조(32 및 34)는 각각 +d, -d의 바이어스 오프셋을 갖는 X 방향의 주기 구조이다. 주기 구조(33 및 35)는 각각 +d, -d의 바이어스 오프셋을 갖는 Y 방향의 주기 구조이다. 이들 주기 구조의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 캡처된 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 타겟의 단지 일례일 뿐이다. 타겟은 4개보다 더 많거나 더 적은 주기 구조, 또는 단일의 주기 구조를 포함할 수도 있다.
도 9는 도 7d의 개구 플레이트(13NW 또는 13SE)를 사용하고 도 7의 장치에서 도 8의 타겟을 사용하여, 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 예를 도시한다. 동공 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 주기 구조(32 내지 35)를 해상할 수 없으나, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내는데, 그 내부에서 기판 상의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이 내부에서, 직사각형 영역(42 내지 45)은 작은 타겟 주기 구조(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 타겟들이 제품 영역에 위치되는 경우, 제품 피처들이 이 이미지 필드의 주변에서도 또한 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어 시스템(PU)은 주기 구조(32 내지 35)의 개별 이미지들(42 내지 45)을 식별하기 위해 패턴 인식을 사용하여 이들 이미지를 처리한다. 이러한 방식으로, 이미지들은 센서 프레임 내의 특정 위치에 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이는 측정 장치 전체적으로 처리량을 크게 향상시킨다.
주기 구조의 개별 이미지들이 식별되고 나면, 예를 들어 식별된 영역 내의 선택된 픽셀 강도 값들을 평균화하거나 합산함으로써 이들 개별 이미지의 강도가 측정될 수 있다. 이미지들의 강도 및/또는 다른 특성들이 서로 비교될 수 있다. 이들 결과는 패터닝 프로세스의 다양한 파라미터를 측정하기 위해 결합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예이다.
도 10은 예를 들어, PCT 특허 출원 공개 번호 WO 2011/012624(그 전체가 참고로 본 명세서에 통합되어 있음)에 기재된 방법을 사용하여, 컴포넌트 주기 구조(32 내지 35)를 포함하는 2개의 층 사이의 오버레이 에러(즉, 바람직하지 않으며 의도하지 않은 오버레이 오정렬)가 어떻게 측정되는지를 도시한다. 이 측정은 강도 비대칭의 측정치를 얻기 위해 타겟 주기 구조의 정상 회절 차수 및 상보적 회절 차수 이미지들의 강도를 비교함으로써 밝혀지는, 타겟 비대칭을 식별하는 것을 통해 이루어진다. 일 실시예에서, 정상 회절 차수는 +1차 방사선이고, 상보적 회절 차수는 -1차 방사선이다. 본 명세서에서의 논의는 정상 회절 차수가 +1차 방사선이고 상보적 회절 차수가 -1차 방사선인 것에 초점을 맞추고 있으나, 다른 대응하는 보다 고차수, 예를 들면 +2차 및 -2차의 강도가 비교될 수도 있다.
단계 S1에서, 주기 구조(32 내지 35)를 포함하는 타겟을 생성하기 위해 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀과 같은 리소그래피 장치를 통해 1회 이상 처리된다. S2에서, 도 7의 검사 장치를 사용하여, 주기 구조(32 내지 35)의 이미지가 1차 회절 빔들 중 단 하나(예컨대, +1차)만을 사용하여 획득된다. 단계 S3에서, 조명 모드를 변경하거나 이미징 모드를 변경함으로써, 또는 검사 장치의 시야 내에서 기판(W)을 180° 회전시킴으로써, 다른 1차 회절 빔(-1차)을 사용하여 주기 구조의 제2 이미지가 획득될 수 있다. 따라서, -1차 회절 방사선이 제2 이미지에서 캡쳐된다.
각 이미지에 1차 회절 방사선의 절반만을 포함함으로써, 여기서 언급되는 '이미지'는 종래의 암시야 현미경 이미지가 아니라는 점에 유의하자. 타겟 주기 구조의 개별 타겟 피처는 해상되지 않게 된다. 각 타겟 주기 구조는 간단히 특정 강도 레벨의 영역으로 표시되게 된다. 단계 S4에서는, 각 컴포넌트 타겟 주기 구조의 이미지 내에서 관심 영역(ROI)이 식별되며, 이로부터 강도 레벨이 측정되게 된다.
각각의 개별 타겟 주기 구조에 대한 ROI를 식별하고 그 강도를 측정한 후에, 타겟의 비대칭 및 그에 따른 오버레이 에러가 결정될 수 있다. 이는 그 강도 비대칭, 예를 들면 그 강도에 있어서의 임의의 차를 식별하기 위해 각각의 타겟 주기 구조(32 내지 35)에 대한 정상 회절 차수 및 상보적 회절 차수 방사선에 대해 획득된 강도 값들을 비교함으로써 단계 S5에서 (예를 들면, 프로세서(PU)에 의해) 행해진다. "차(difference)"라는 용어는 단지 감산만을 지칭하기 위한 것은 아니다. 차는 비(ratio)의 형태로 계산될 수도 있다. 단계 S6에서, 타겟(T) 부근에서 패터닝 프로세스의 하나 이상의 성능 파라미터를 계산하기 위해, 다수의 타겟 주기 구조에 대해 측정된 강도 비대칭이 이들 타겟 주기 구조의 임의의 알려진 부과 오버레이 바이어스(imposed overlay bias)에 대한 지식과 함께 사용된다.
도 11a 내지 도 11d는 상이한 바이어스 오프셋을 갖는 타겟 주기 구조(오버레이 주기 구조)의 개략적인 단면도를 도시한다. 이들은 도 7 내지 도 9에서 도시되듯이 기판(W) 상의 타겟(T)으로서 사용될 수 있다. X 방향으로 주기성을 갖는 주기 구조가 단지 예시를 위해 도시되어 있다. 상이한 바이어스 및 상이한 배향을 갖는 이들 주기 구조의 상이한 조합이 개별적으로 또는 타겟의 일부로서 제공될 수 있다.
도 11a에서 시작하면, L1 및 L2로 라벨링된 적어도 2개의 층에 형성된 타겟(600)이 도시되어 있다. 하부 층 또는 저부 층(L1)에서, 제1 주기 구조(하부 또는 저부 주기 구조), 예를 들면 그레이팅이 기판(606) 상의 피처(602) 및 공간(604)에 의해 형성된다. 층(L2)에서는, 제2 주기 구조, 예를 들면 그레이팅이 피처(608) 및 공간(610)에 의해 형성된다. (피처(602, 608)(예를 들면, 선)가 지면(page) 내로 연장되도록 단면이 그려져 있다.) 주기 구조 패턴은 두 층 모두에서 피치 P로 반복된다. 피처(602 및 608)는 선(라인), 점(도트), 블록, 및 비아 홀의 형태를 취할 수 있다. 도 11a에 도시된 상황에서는, 오정렬로 인한 오버레이 기여가 없는데, 예를 들면 오버레이 에러 및 부과 바이어스가 없으며, 그래서 제2 구조의 각 피처(608)는 제1 구조의 피처(602)의 위에 정확하게 놓인다.
도 11b에는, 제1 구조의 피처(608)가 제2 구조의 피처에 대해 우측으로 거리 d만큼 쉬프트되도록, 제1의 알려진 부과 바이어스 +d를 갖는 동일한 타겟이 도시되어 있다. 바이어스 거리 d는 실제로는 수 나노 미터, 예를 들면 10 nm 내지 20 nm 일 수 있는 한편, 피치 P는 예를 들면 300 내지 1000 nm의 범위, 예를 들면 500 nm 또는 600 nm이다. 도 11c에는, 608의 피처가 좌측으로 쉬프트되도록, 제2의 알려진 부과 바이어스 -d를 갖는 다른 피처가 도시되어 있다. d 값은 각 구조에 대해 동일할 필요는 없다. 도 11a 내지 도 11c에 도시된 이러한 유형의 바이어스된 주기 구조는 위에서 언급된 선행 특허 출원 공개공보에 기재되어 있다.
도 11e는 도 11a 내지 조 11c에 도시된 바와 같은 상부 층 및 하부 층에 주기 구조를 포함하는 서브타겟(612, 614, 616, 및 618)을 갖는 예시적인 타겟(600)을 상단부로부터 개략적으로 도시한다. 도 11e에는 하부 층은 도시되어 있지 않다. 일 실시예에서, 서브타겟(612, 614, 616, 및 618)은 두 수직 방향(예를 들면, X 및 Y)으로 오버레이를 측정하도록 설계되고, (도 11b 및 도 11c와 관련하여 상술한 바와 같이) 이를 용이하게 하기 위해 부과 바이어스 d를 갖는다. 도 11e의 실시예는 4개의 서브타겟을 도시하지만, 다른 개수를 가질 수도 있으며, 이들은 모두 한 방향으로 오버레이를 측정하거나 두 방향 이상으로 오버레이를 측정하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 서브타겟(612 및 614)은 함께 X 방향으로 오버레이를 측정하도록 설계된다. 일 실시예에서, 서브 타겟(612)은 +d의 바이어스를 갖는 반면, 서브타겟(614)은 -d의 바이어스를 갖는다. 일 실시예에서, 서브타겟(616 및 618)은 함께 Y 방향으로 오버레이를 측정하도록 설계된다. 일 실시예에서, 서브타겟(616)은 +d의 바이어스를 갖는 반면, 서브타겟(618)은 -d의 바이어스를 갖는다.
도 11f는 도 11e에 도시된 바와 같은 타겟(600)의 단계 S2로부터 정상(예를 들면, +1차) 차수 방사선의 검출된 회절 신호의 예를 도시한다. 도 11g는 도 11e에 도시된 바와 같은 타겟(600)의 단계 S3으로부터 상보적(예를 들면, -1차) 차수 방사선의 검출된 회절 신호의 예를 도시한다. 각 주기 구조 방향(X 및 Y)에 대해, "+"(+d 바이어스의 경우) 및 "-"(-d 바이어스의 경우)로 도 11f 및 11g에 도시된 상반 방향의 의도적 바이어스를 갖는 2개의 주기 구조가 존재한다. 그래서, X+는 서브타겟(612)으로부터 검출된 회절 신호를 나타내고, X-는 서브타겟(614)으로부터 검출된 회절 신호를 나타내며, Y+는 서브타겟(618)으로부터 검출된 회절 신호를 나타내고, Y-는 서브타겟(616)으로부터 검출된 회절 신호를 나타낸다. 그래서, 각 주기 구조의 주기성 방향마다 4개의 회절 강도 신호가 검출된다.
도 11h는 (도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같은) 2층 주기 구조를 갖는 (서브타겟(612, 614, 616, 또는 618)과 같은) 타겟으로부터 방사선의 회절을 설명하기 위한 간단한 모델의 개략도이다. 상부 층 및 하부 층으로부터의 회절 방사선의 복소 진폭(complex amplitude)이 도시되어 있다. 하부 층으로부터의 회절 방사선은 오버레이로부터의 위상 기여를 포함한다.
도 12에서, 곡선(702)은 타겟를 형성하는 개별 주기 구조 내에, 특히 제1 구조의 개별 주기 구조 내에 구조적 비대칭이 없으며 오프셋이 0인 '이상적인' 타겟에 대한 오버레이(OV)와 강도 비대칭(A)(예를 들면, +1차의 강도와 -1차 회절 차수 강도 사이의 차)의 관계를 도시한다. 그 결과, 이 이상적인 타겟의 타겟 비대칭은 알려진 부과 바이어스 및 오버레이 에러(OVE)로 인한 제1 구조 및 제2 구조의 오정렬로 인한 오버레이 기여만을 포함한다. 이 그래프 및 도 13의 그래프는 단지 본 발명의 배후의 원리를 도시하며, 각 그래프에서, 강도 비대칭(A) 및 오버레이(OV)의 단위는 임의적이다. 실제 치수의 예들은 아래에 추가로 주어진다.
도 12의 '이상적인' 상황에서, 곡선(702)은 강도 비대칭(A)이 오버레이와 비선형의 주기적 관계(예를 들면, 정현파 관계)를 가짐을 나타낸다. 정현파 변동의 주기(P)는 주기 구조의 주기 또는 피치(P)에 대응하는데, 물론 적절한 스케일로 변환된다. 정현파 형태는 이 예에서는 순수하지만, 실제 상황에서는 고조파를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 단일 측정에 의존하는 것이 아니라 (알려진 부과 오버레이 바이어스를 갖는) 바이어스된 주기 구조가 오버레이를 측정하는데 사용될 수 있다. 이 바이어스는, 이 바이어스가 만들어진 패터닝 디바이스(예를 들면, 레티클)에서 정의된 알려진 값을 가지며, 이는 측정된 강도 비대칭에 대응하는 오버레이의 기판 상(on-substrate) 교정 기능을 한다. 도면에서, 계산은 그래픽으로 도시되어 있다. 단계 S1 내지 S5에서, (예를 들면, 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이) 각각 부과 바이어스 +d 및 -d를 갖는 주기 구조에 대해 강도 비대칭 측정치 A+d 및 A-d가 얻어진다. 이들 측정치를 정현파 곡선에 피팅대입하면 도시된 바와 같이 포인트(704와 706)가 얻어진다. 바이어스를 알면, 실제 오버레이 에러(OVE)가 계산될 수 있다. 정현파 곡선의 피치(P)는 타겟의 설계로부터 알려진다. 곡선(702)의 수직 스케일은 시초에는 알려지지 않으나, 1차 고조파 비례 상수 K로 지칭될 수 있는 미지의 계수이다. 그래서, 오버레이 감도 K는 오버레이에 대한 강도 비대칭 측정의 감도의 측정치이다. 일 실시예에서, 이는 오버레이에 대한 측정 강도의 비례 관계이다. 이는 그래서 오버레이의 프로세스 종속성을 검출하는 데 도움이된다.
방정식 항으로, 오버레이 에러(OVE)와 강도 비대칭(A) 사이의 관계는 다음과 같이 가정된다.
여기서, 오버레이 에러(OVE)는 타겟 피치(P)가 각도 2π 라디안에 대응하도록 하는 스케일로 표현된다. 상이한 알려진 바이어스(예를 들면, +d 및 -d)를 갖는 주기 구조의 두 측정치를 사용하면, 오버레이 에러(OVE)는 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수 있다:
도 11h를 다시 참조하면, 오버레이(OV)(오버레이 에러(OVE)라고도 또한 지칭됨)는 또한 다음과 같이 산출될 수 있다. 구체적으로, 도 11h에 나타낸 모델에 기초하면, 회절 방사선의 +1차 및 -1차의 강도는 다음과 같이 계산될 수 있다:
여기서, 
는 오버레이와 바이어스로 인한 위상차이고, 
는 상부 층과 하부 층으로부터의 회절 방사선 사이의 위상차의 나머지 부분인데, 이는 상부 주기 구조와 하부 주기 구조 사이의 층의 두께(T)에 정비례하고 입사 방사선의 파장에 반비례한다.
편의상, 하나의 주기 구조 방향(예를 들면, X)의 4개의 강도는 다음과 같이 지정될 수 있다:
- PBN(양의 바이어스 주기 구조로부터의 +1차 회절 차수)
- PBC(양의 바이어스 주기 구조로부터의 -1차 회절 차수)
- NBN(음의 바이어스 주기 구조로부터의 +1차 회절 차수)
- NBC(음의 바이어스 주기 구조로부터의 -1차 회절 차수)
따라서 ΔIPB는 PBN-PBC로 지정될 수 있고, ΔINB는 NBN-NBC로 지정될 수 있다. 그 다음, +1차 및 -1차 방사선으로부터의 회절파와 또한 양의 바이어스 및 음의 바이어스의 주기 구조로부터의 회절파의 진폭과 위상(오버레이 위상은 제외)이 동일하고, 계측 디바이스의 광학계가 자체적으로 대칭이라고 가정하면, +1차와 -1차 방사선의 강도 사이의 차는 
로 도출되는데, K는 
와 같은 오버레이 비례이다. 그래서, 오버레이는 다음과 같이 계산될 수 있다:
이제, 도 11d는 구조적 비대칭 현상, 이 경우에는 제1 구조에 있어서의 구조적 비대칭(하부 또는 저부 구조 비대칭)을 개략적으로 도시한다. 도 11a 내지 도 11c에서의 주기 구조의 피처는 완벽한 정사각형 변(side)으로 도시되고 있으나, 실제 피처는 변에 약간의 기울기 및 소정의 조도(roughness)를 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들은 적어도 프로파일에 있어서 대칭적인 것으로 의도된다. 도 11d의 피처(602) 및/또는 공간(604)은 제1 구조에서 더 이상 대칭 형태를 전혀 갖지 않으며, 오히려 하나 이상의 처리 단계에 의해 일그러져 있다. 그래서, 예를 들면 각 공간의 저부 면(bottom surface)이 경사져 있다(저부 벽 경사). 예를 들어, 피처와 공간의 측벽 각도는 비대칭이 되었다. 그 결과, 타겟의 전체적인 타겟 비대칭은 구조적 비대칭과는 무관한 오버레이 기여(즉, 제1 구조와 제2 구조의 오정렬로 인한 오버레이 기여; 오버레이 에러 및 임의의 알려진 부과 바이어스로 구성된 그 자체) 및 타겟에서의 이 구조적 비대칭으로 인한 구조적 기여를 포함하게 된다.
2개의 바이어스된 주기 구조만을 사용하여 도 10의 방법으로 오버레이가 측정될 때, 프로세스로 인해 유발된 구조적 비대칭은 오정렬로 인한 오버레이 기여와 구별될 수 없으며, 그 결과 (특히 바람직하지 않은 오버레이 에러를 측정하기 위한) 오버레이 측정은 신뢰할 수 없게 된다. 타겟의 제1 구조(저부 주기 구조)에서의 구조적 비대칭은 구조적 비대칭의 일반적인 형태이다. 이는 예를 들면, 제1 구조가 최초로 형성되고 난 후에 수행되는 화학-기계적 연마(chemical-mechanical polishing: CMP)와 같은 기판 처리 단계에서 유래할 수 있다.
도 13은 구조적 비대칭, 예를 들어 도 11d에 도시된 저부 주기 구조 비대칭을 도입하는 제1 효과를 도시한다. '이상적인' 정현파 곡선(702)은 더 이상 적용되지 않는다. 그러나, 적어도 대략적으로, 저부 주기 구조 비대칭 또는 다른 구조적 비대칭은 강도 비대칭 A±d에 강도 쉬프트 항 K0 및 위상 쉬프트 항 Φ를 추가하는 효과를 갖는다. 결과 곡선은 도면에서 712로 표시되며, 라벨 K0는 강도 쉬프트 항을 나타내고 라벨 Φ는 위상 오프셋 항을 나타낸다. 강도 쉬프트 항 K0 및 위상 쉬프트 항 Φ는 측정 방사선의 파장 및/또는 편광과 같은 측정 방사선의 선택된 특성 및 타겟의 조합에 종속적이며, 프로세스 변동에 민감하다. 방정식 항으로, 단계 S6에서 계산에 사용되는 관계식은 다음과 같이 된다:
구조적 비대칭이 있는 경우, 수학식 2로 기술되는 오버레이 모델은 강도 쉬프트 항 K0와 위상 쉬프트 항 Φ에 의해 영향을 받는 오버레이 에러 값들을 제공하게 되며, 그 결과 부정확하게 된다. 구조적 비대칭은, 강도와 위상 쉬프트가 예를 들면, 파장 및/또는 편광에 종속적이기 때문에, 오버레이 에러를 맵핑할 때 하나 이상의 상이한 측정 파라미터(예를 들면, 측정 빔의 파장, 측정 빔의 편광 등)를 사용한 동일한 타겟의 측정치들에 있어서 차이를 또한 초래하게 된다.
수정된 단계 S6의 오버레이 계산은 특정 가정에 의존한다. 먼저, 강도 비대칭은 오버레이의 사인(정현) 함수로서 거동하고, 주기(P)는 주기 구조 피치에 대응하는 것으로 가정한다. 이들 가정은 현재의 오버레이 범위에 유효하다. 작은 피치-파장 비(pitch-wavelength ratio)는 주기 구조로부터 적은 수의 전파 회절 차수(propagating diffraction orders)만을 허용하기 때문에 고조파의 수는 작게 설계될 수 있다. 하지만, 실제로 오정렬로 인한 강도 비대칭에 대한 오버레이 기여는 반드시 진정한 정현파이지는 않을 수 있으며, OV = 0에 대해 반드시 완전히 대칭이지 않을 수 있다.
그래서, 구조적 비대칭의 효과는 일반적으로 다음과 같이 공식화될 수 있다:
여기서 ΔI-(A-와 동등 표현) 및 ΔI+(A+와 동등 표현)는 각각 음으로 바이어스된 주기 구조와 양으로 바이어스된 주기 구조에 대해 측정된 강도 비대칭을 나타내고, ΔIBG는 구조적 비대칭의 강도 비대칭에 대한 기여이다. 그래서, 오버레이 에러 ΔOV는 ΔIBG/K의 함수로 여겨질 수 있다.
이제, 타겟의 구조적 비대칭에 부가적으로 또는 대신에, 타겟의 인접 주기 구조들 사이 또는 인접 타겟들 사이의 스택 차이(stack difference)는 오버레이 측정과 같은, 측정 정확도에 악영향을 미치는 요인이 될 수 있음이 또한 발견되었다. 스택 차이는 인접한 주기 구조들 또는 타겟들 사이의 물리적 구성에 있어서의 설계되지 않은 차이(un-designed difference)로 이해될 수 있다. 스택 차이는, 인접한 주기 구조들 또는 타겟들에 공통되는 오버레이 에러 이외, 의도적 바이어스 이외, 및 구조적 비대칭 이외의 것에 기인한, 인접한 주기 구조들 또는 타겟들 사이에 측정 방사선의 광학 특성(예를 들면, 강도, 편광 등)의 차이를 야기한다. 스택 차이에는 인접한 주기 구조들 또는 타겟들 사이의 두께 차이(예를 들면, 하나의 주기 구조 또는 타겟이 실질적으로 동일한 수준이 되도록 설계된 다른 주기 구조 또는 타겟보다 더 높거나 낮게 되게 하는 하나 이상의 층의 두께 차이), 인접한 주기 구조들 또는 타겟들 사이의 굴절률 차이(예를 들면, 실질적으로 동일한 합성 굴절률을 갖도록 설계되었음에도 불구하고 하나의 주기 구조 또는 타겟에 대한 하나 이상의 층의 합성 굴절률이 다른 주기 구조 또는 타겟에 대한 하나 이상의 층의 합성 굴절률과 상이하게 되게 하는 하나 이상의 층의 굴절률의 차이), 인접한 주기 구조들 또는 타겟들 사이의 재료 차이(예를 들면, 하나의 주기 구조 또는 타겟이 실질적으로 동일한 재료를 갖도록 설계된 다른 주기 구조 또는 타겟과 재료에 있어서 차이가 있게 하는 하나 이상의 층의 재료 유형, 재료 균일성 등의 차이), 인접한 주기 구조들 또는 타겟들의 구조의 주기 구조 주기에 있어서의 차이(예를 들면, 하나의 주기 구조 또는 타겟의 실질적으로 동일한 주기 구조 주기를 갖도록 설계된 다른 주기 구조 또는 타겟과의 주기 구조 주기에 있어서의 차이), 인접한 주기 구조들 또는 타겟들의 구조의 깊이의 차이(예를 들면, 하나의 주기 구조 또는 타겟의 실질적으로 동일한 깊이를 갖도록 설계된 다른 주기 구조 또는 타겟과의 구조 깊이에 있어서의 에칭으로 인한 차이), 인접한 주기 구조들 또는 타겟들의 피처의 폭(CD)의 차이(예를 들면, 하나의 주기 구조 또는 타겟의 실질적으로 동일한 피처 폭을 갖도록 설계된 다른 주기 구조 또는 타겟과의 피처의 폭에 있어서의 차이) 등이 포함되나, 이에 국한되지 않는다. 몇몇 예에서, 스택 차이는 패터닝 프로세스에서 CMP, 층 적층, 에칭 등과 같은 처리 단계에 의해 도입된다. 일 실시예에서, 주기 구조들 또는 타겟들은 서로 200 ㎛ 이내, 서로 150 ㎛ 이내, 서로 100 ㎛ 이내, 서로 75 ㎛ 이내, 서로 50 ㎛ 이내, 서로 40㎛ 이내, 서로 30 ㎛ 이내, 서로 20 ㎛ 이내, 또는 서로 10 ㎛ 이내인 경우에 인접한다.
(그레이팅들 사이의 그레이팅 불균형이라고 지칭될 수 있는) 스택 차이의 효과는 일반적으로 다음과 같이 공식화할 수 있다:
여기서 ΔK는 스택 차이에 기인한 오버레이 감도의 차이를 나타낸다. 그래서, 오버레이 에러 ΔOV는 
에 비례할 수 있다.
그래서, 스택 차이를 특징짓기 위해, 하나 이상의 스택 차이 파라미터가 정의될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 스택 차이 파라미터는 인접한 주기 구조들 또는 타겟들의 설계되지 않은 상이한 물리적 구성의 측정치이다. 일 실시예에서, 스택 차이 파라미터는 인접한 주기 구조들 또는 타겟들의 단면을 평가함으로써 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상부 주기 구조가 적용되기 전에 하부 인접 주기 구조들을 평가함으로써 복합 주기 구조의 하부 인접 주기 구조들에 대해 스택 차이 파라미터가 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 스택 차이 파라미터는 인접한 주기 구조들 또는 타겟들의 광학 측정으로부터 또는 인접한 주기 구조들 또는 타겟들의 단면으로부터, 인접한 주기 구조들 또는 타겟들의 재구성으로부터 도출될 수 있다. 즉, 물리적 치수, 특징, 재료 특성 등이 재구성되며, 인접한 주기 구조들 또는 타겟들 사이의 차이가 결정되어 스택 차이 파라미터에 이르게 된다.
스택 차이 파라미터의 일 실시예는 다음과 같이 정의될 수 있는 주기 구조 강도 불균형(GI)이다:
여기서 
는 +d 바이어스를 갖는 제1 주기 구조에 의해 회절된 +1차 회절 차수 강도 신호 
, 및 +d 바이어스를 갖는 제1 주기 구조에 의해 회절된 -1차 회절 차수 강도 신호 
의 평균이다. 유사하게, 
는 -d 바이어스를 갖는 제2 주기 구조에 의해 회절된 +1차 회절 차수 강도 신호 
, 및 -d 바이어스를 갖는 제2 주기 구조에 의해 회절된 -1차 회절 차수 강도 신호 
의 평균이다. 일 실시예에서, 주기 구조 강도 불균형(GI)은 
, 
등과 같은 파생 버전일 수 있다.
또한, 타겟의 측정 정확도 및/또는 감도는 타겟 자체의 하나 이상의 속성 및/또는 타겟 상에 제공되는 측정 방사선의 하나 이상의 속성, 예를 들면 방사선의 파장, 방사선의 편광, 및/또는 방사선의 강도 분포(즉, 각도 또는 공간 강도 분포)와 관련하여 변할 수 있다. 일 실시예에서, 방사선의 파장 범위는 (예를 들면, 약 400 nm 내지 900 nm의 범위로부터 선택된) 소정 범위로부터 선택된 하나 이상의 파장으로 제한된다. 또한, 방사선 빔의 상이한 편광(예를 들면, TE 편광 방사선 및 TM 편광 방사선)의 선택이 제공될 수 있으며, 예를 들면 복수의 상이한 개구를 사용하여 다양한 조명 형상이 제공될 수 있다.
따라서, 이러한 선택 및 측정을 가능케 하기 위해, 측정 시스템을 사용하여 측정의 하나 이상의 파라미터를 지정하는 계측 레시피(metrology recipe)가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, "계측 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 타겟의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 양자 모두를 포함한다.
이 맥락에서, 측정된 타겟("타겟" 또는 "타겟 구조"라고도 지칭됨)의 패턴은 광학적으로 측정되는 패턴, 예를 들면 그 회절이 측정되는 패턴일 수 있다. 측정된 타겟 패턴은 측정 목적을 위해 특별히 설계되거나 선택된 패턴일 수 있다. 타겟의 복수의 복제본이 기판의 다수의 장소에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 계측 레시피가 측정 자체의 하나 이상의 파라미터를 포함하는 경우, 측정 자체의 하나 이상의 파라미터는 측정을 행하기 위해 사용되는 측정 빔 및/또는 측정 장치와 관련된 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 계측 레시피에 사용되는 측정이 회절 기반의 광학 측정인 경우, 측정 자체의 하나 이상의 파라미터는 측정 방사선의 파장, 및/또는 측정 방사선의 편광, 및/또는 측정 방사선 강도 분포, 및/또는 측정 방사선의 기판에 대한 조명 각도(예를 들면, 입사각, 방위각 등), 및/또는 회절된 측정 방사선의 기판 상의 패턴에 대한 상대 배향, 및/또는 타겟의 측정 지점 또는 인스턴스 수, 및/또는 기판 상에서 측정된 타겟의 인스턴스의 위치를 포함할 수 있다. 측정 자체의 하나 이상의 파라미터는, 검출기 감도, 개구수 등을 포함할 수 있는 측정에 사용되는 계측 장치의 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 계측 레시피가 측정된 패턴의 하나 이상의 파라미터를 포함하는 경우, 측정된 패턴의 하나 이상의 파라미터는 (패턴의 적어도 일부의 형상, 및/또는 패턴의 적어도 일부의 배향, 및/또는 패턴의 적어도 일부의 피치(예를 들면, 하부 주기 구조 위의 층의 상부 주기 구조의 피치 및/또는 하부 주기 구조의 피치를 포함하는 주기 구조의 피치), 및/또는 패턴의 적어도 일부의 크기(예를 들면, CD)(예를 들면, 상부 주기 구조 및/또는 하부 주기 구조의 피처의 CD를 포함하는, 주기 구조의 피처의 CD), 및/또는 패턴의 피처의 세그멘테이션(예를 들면, 주기 구조의 피처의 서브 구조로의 분할), 및/또는 주기 구조 또는 주기 구조의 피처의 길이와 같은) 하나 이상의 기하학적 특성, 및/또는 패턴의 적어도 일부의 재료 특성(예를 들면, 굴절률, 흡광 계수, 재료 유형 등), 및/또는 패턴의 식별(예를 들면, 하나의 패턴을 다른 패턴과 구별하는 것) 등을 포함할 수 있다.
계측 레시피는 (r1, r2, r3, ... rn; t1, t2, t3, ... tm)과 같은 형식으로 표현될 수 있는데, 여기서 ri는 측정의 하나 이상의 파라미터이고, tj는 하나 이상의 측정된 패턴의 하나 이상의 파라미터이다. 이해할 수 있다시피, n과 m은 1일 수도 있다. 또한, 계측 레시피는 측정의 하나 이상의 파라미터 및 하나 이상의 측정된 패턴의 하나 이상의 파라미터 양자 모두를 가질 필요는 없으며; 단지 측정의 하나 이상의 파라미터를 가질 수 있거나, 또는 하나 이상의 측정된 패턴의 하나 이상의 파라미터를 가질 수 있다.
타겟은 2개의 계측 레시피 A와 B를 사용하여 측정될 수 있는데, 예를 들면 타겟이 측정되는 스테이지가 다르고(예를 들면, A는 타겟이 잠상(latent image) 구조를 포함할 때 타겟를 측정하고, B는 타겟이 잠상 구조를 포함하지 않을 때 타겟를 측정함) 및/또는 그 측정의 파라미터가 다르다. 계측 레시피 A와 B는 적어도 측정되는 타겟이 다를 수 있다(예를 들면, A는 첫 번째 타겟를 측정하고, B는 두 번째 다른 타겟를 측정한다). 계측 레시피 A와 B는 그 측정 및 타겟 측정의 파라미터가 다를 수 있다. 계측 레시피 A와 B는 동일한 측정 기법을 기반으로 하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 레시피 A는 회절 기반의 측정에 기초할 수 있고, 레시피 B는 주사 전자 현미경(SEM) 또는 원자간력 현미경(atomic force microscopy: AFM) 측정에 기초할 수 있다.
이제, 위에서 언급한 바와 같이, 오버레이를 결정하는 몇 가지 기법은 측정된 강도 비대칭이 주기 구조 층들 사이의 실제 오버레이 쉬프트에만 비례한다고 가정한다. 하지만, 측정된 비대칭은 구조적 비대칭, 스택 차이 등과 같은 타겟의 주기 구조의 생성에서 발생하는 다양한 피처 비대칭 효과에 의해서도 또한 영향을 받기 때문에 반드시 그러한 것은 아니다. 이들 피처 비대칭 효과는 1차 비대칭 기반의 오버레이 측정을 교란시키며, 측정의 바이어스 및 그에 따라 부정확한 오버레이 측정을 초래할 수 있다.
구조적 비대칭, 스택 차이 등과 같은 피처 비대칭 효과에 대처하고자 하는 오버레이를 분석하는 기법은 PCT 특허 출원 공개 번호 WO 2015/018625 및 미국 특허 출원 공개 번호 US 2016/0161864에 기재된 A+ 대 A- 분석을 이용한 자기-참조(self-reference) 기법을 포함하는데, 상기 특허 문헌들은 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합되어 있다.
일 실시예에서, 이는 음으로 바이어스된 주기 구조(예를 들면, 주기 구조(614))로부터의 방사선의 비대칭 A-(예를 들면, 양의 1차 방사선과 음의 1차 방사선의 차이)의 함수로서 양으로 바이어스된 주기 구조(예를 들면, 주기 구조(612))로부터의 방사선의 비대칭 A+(예를 들면, 양의 1차 방사선과 음의 1차 방사선 사이의 차이)를 결정함으로써 회절 기반의 오버레이 측정을 분석하는 것을 포함하는 A+ 대 A- 분석을 포함한다. 일 실시예에서, 다수의 상이한 측정된 동공 픽셀 및/또는 다수의 상이한 파장-편광 조합(즉, 다수의 상이한 계측 레시피)에 대해 A+ 및 A-가 결정된다. 이 데이터로부터, 데이터를 통한 곡선(예를 들면, 직선) 또는 함수(예를 들면, 곡선을 나타내는 함수, 특히 직선을 나타내는 함수)의 피트(fit)가 획득된다. 일 실시예에서, 피팅은 회귀(regression)에 의해 얻어진다. 일 실시예에서, 피팅은 선형 회귀에 의해 얻어진다. 일 실시예에서, 곡선 또는 함수로부터, (예를 들면, 직선의 기울기 또는 직선에 대한 관련 함수의 기울기로부터) 오버레이의 측정치가 결정될 수 있다. 본 명세서에서의 설명은 곡선(예를 들면, 선)에 초점이 맞추어질 것이나, 이해할 수 있는 바와 같이 추가로 또는 대신에 (직선과 같은 곡선을 나타내는 함수와 같은) 함수가 데이터를 통해 피팅될 수 있다. 본 명세서에서의 설명은 또한 A+ 대 A-의 플롯에 초점이 맞추어질 것이나, 이해할 수 있는 바와 같이 데이터를 통한 피팅 곡선(fitted curve) 또는 함수를 결정하는 데 A+ 대 A- 데이터의 플롯이 필요하지는 않다.
도 14는 피팅의 일례를 보여주기 위해. 방사선에 존재하는 유일한 비대칭이 바이어스 및 오버레이로 인한 비대칭이 되도록, 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 오버레이 주기 구조에 대한 A-(A-d로 표시됨)에 대한 A+(A+d로 표시됨)의 예시적인 플롯이다. 이 경우에, (피처 비대칭 효과가 없는 것으로 가정되기 때문에) A+와 A- 사이의 관계는 원점을 통과하여 피팅되는 곡선, 특히 직선 상에 놓인다. 모든 계측 레시피에 대한 대응하는 A+ 대 A- 데이터 포인트들은 이 선 상에 놓인다. (피팅인) 이 선의 기울기는 실제 오버레이와 관련이 있다. 도 14는 데이터의 특성에 따라 발생하는 6개의 예시적인 선을 도시한다. OV = 0으로 라벨링된 점선은 0의 오버레이를 나타내는 선으로, -1의 기울기를 갖는다. 이 선은 오버레이가 0인 곳에서 발생하게 된다. OV∞로 라벨링된 점선은 +1의 기울기를 갖는 선으로, 무한대에 접근하는 오버레이를 나타낸다. 그래서, 데이터에 오버레이 에러가 존재하는 경우, 예를 들면 -1보다 작은 기울기를 갖는 선이며 0보다 작은 오버레이를 나타내는 OV<0으로 라벨링된 실선, 또는 -1보다 큰 기울기를 갖는 선이며 0보다 큰 오버레이를 나타내는 OV>0으로 라벨링된 실선이 있게 된다. 또한, +d(d는 주기 구조의 바이어스임)와 같은 오버레이는 y 축을 따라 그려진 선을 생성하게 되고; -d와 같은 오버레이는 x 축을 따라 그려진 선을 생성하게 됨을 알 수 있다.
도 15는 오버레이 타겟이 피처 비대칭 효과를 갖는, 전술한 기법에 따른 A-에 대한 A+의 플롯이다. 오버레이 타겟이 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 위에서 논의된 기법에 따르면, 데이터 포인트들(930)은 원점을 통과하는 선(900)으로 피팅되게 된다. 하지만, 이 실시예에서는, 데이터 포인트들은 반드시 원점을 통과하지는 않는 선(910)에 의해 최적 피팅 방법(best fit method)(예를 들면, 최소 제곱)에 따라 피팅된다. 이러한 방식으로 오버레이는 여전히 선(910)의 기울기로부터 계산될 수 있으나; 선(910)은 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 동일한 측정된 구조에서 볼 수 있음을 나타내는 선(920)과 평행하다는 것을 알 수 있다. 선(920)(선(910)과 동일한 기울기를 갖지만 원점을 통과하여 그려진 선)으로부터 선(910)의 오프셋인, 선(910)의 축 절편은 피처 비대칭 효과의 효과를 정량적으로 나타낸다.
그래서, 예를 들면 회귀에 의한 A+ 대 A- 데이터를 통한 곡선 또는 함수의 피팅은 피처 비대칭 효과에 기인한 기여가 없게 되므로, 데이터 세트를 통해 피팅된 선 - 이 선은 반드시 원점을 통과하여 피팅되지는 않음 - 의 기울기를 결정함으로써 보다 정확한 오버레이 값을 산출할 수 있다. 선택적으로, 피처 비대칭 효과는 원점으로부터의 피팅된 선의 오프셋(예를 들면, 절편 항)을 통해 결정될 수도 있다.
도 16a 내지 도 16c는 피처 비대칭 효과(그 결여를 포함함)의 다양한 시나리오에 대해 데이터가 어떻게 쉬프트되는지를 보여주는 A-에 대한 A+의 플롯이다. 도 16a는 피처 비대칭 효과를 갖지 않는(예를 들면, 구조적 비대칭이 없고 스택 차이가 없는) 오버레이 타겟에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다. 선(1600)은 특정 오버레이를 갖는 오버레이 타겟의 데이터를 나타내고, 선(1610)은 다른 오버레이를 갖는 오버레이 타겟의 데이터를 나타낸다. 위에서 논의된 바와 같이, 선의 기울기는 오버레이의 크기에 대응한다. 그래서, 화살표는 오버레이의 크기에 따라, 데이터 및 그 결과로서 선이 어떻게 회전되는지를 보여준다.
도 16b는 예를 들면, 오버레이 타겟의 구조적 비대칭에 의해 데이터가 어떻게 영향을 받는지를 보여주는 A-에 대한 A+의 플롯이다. 선(1620)은 피처 비대칭 효과를 갖지 않는(및 특정 오버레이를 갖는) 오버레이 타겟에 대한 데이터를 나타낸다. 위에서 논의된 바와 같이, 선(1620)은 피처 비대칭 효과가 없는 원점을 통과한다. 이제, 선(1630)은 구조적 비대칭(예를 들면, 저부 그레이팅 구조 비대칭)을 갖지만 동일한 오버레이를 갖는 오버레이 타겟에 대한 데이터를 나타낸다. 구조적 비대칭은 데이터 및 그 결과로서 선이 동일한 기울기를 유지하면서 변위되게 한다. 그래서, 화살표는 구조적 비대칭의 크기에 따라, 데이터 및 그 결과로서 선(1630)이 어떻게 변위되는지를 보여준다.
도 16c는 예를 들면, 오버레이 타겟의 스택 차이에 의해 데이터가 어떻게 영향을 받는지를 보여주는 A-에 대한 A+의 플롯이다. 선(1640)은 피처 비대칭 효과를 갖지 않는(및 특정 오버레이를 갖는) 오버레이 타겟에 대한 데이터를 나타낸다. 위에서 논의된 바와 같이, 선(1640)은 피처 비대칭 효과가 없는 원점을 통과한다. 이제, 선(1650)은 스택 차이를 갖지만 동일한 오버레이를 갖는 오버레이 타겟에 대한 데이터를 나타낸다. 스택 차이는 데이터 및 그 결과로서 선이 상이한 양으로 변위되게 한다. 그래서, 화살표는 스택 차이의 크기에 따라, 데이터 및 그 결과로서 선(1650)이 어떻게 변위되는지를 보여준다. 중요하다시피, 선의 기울기가 영향을 받는 것을 알 수 있다.
도 17a는 피처 비대칭 효과를 갖지 않는 오버레이 타겟에 대해, 상이한 편광-파장 조합의 (시뮬레이션된) 데이터에 대한 A-에 대한 A+의 플롯이다. 이미 논의된 바와 같이, 모든 데이터는 동일한 선에 피팅됨을 알 수 있다. 도 17b는 도 17a의 플롯과 유사한 플롯을 도시하지만, 피처 비대칭 효과, 구체적으로 0.5 nm 플로어 틸트(floor-tilt)가 존재한다. 도 17a와 도 17b 양자 모두에서, 원으로 표시된 데이터는 TE 방사선을 나타내고, 십자로 표시된 데이터는 TM 방사선을 나타낸다. 여기서 볼 수는 없지만, 선을 따라서의 위치는 주로 (주어진 편광에 대한) 파장에 의해 결정되며, 그래서 선의 상단(A+ = 6 내지 8)에서는 보다 짧은(자색) 파장이 발견되는 경향이 있고 선의 하단에서는 보다 긴(적색) 파장이 발견되는 경향이 있다.
도 17b로부터, 선형 관계로부터의 파장 및 편광 종속적 편차가 원점 주위의 영역(1000)에서 관찰됨을 알 수 있다. 이 예에서 0.5 nm 플로어 틸트의 오버레이 감도는 TE 편광에 대해 최소이다. 또한, 최대의 K 값(측정된 방사선에서 오버레이와 비대칭 사이의 비례 계수), 즉 오버레이에 대한 최대의 감도를 갖는 데이터도 또한 쉽게 식별될 수 있는데, 이는 원점에서 가장 먼 선형 관계를 여전히 나타내는 데이터(1010)이다. 이 예의 데이터(1010)는 단파장(자색) 영역의 방사선에 대한 것이다. 따라서, 이와 같은 플롯은 주기 구조를 측정하는데 사용될 때 오버레이에 가장 민감하고 피처 비대칭 효과에 가장 덜 종속적인 데이터(1010)를 산출하는 최적의 계측 레시피를 선택할 수 있게 한다.
실제 계측 레시피 최적화에서, 기판(예를 들면, 에지에서)에 대한 모든 가능한 피처 비대칭 효과가 고려되도록, 상이한 파장 및 편광에 대해 기판에 대한 다수의 측정이 수행되어야 한다. 최적의 또는 원하는 레시피가 선택되고 나면, 이 단일 레시피(예를 들면, 파장-편광-조명 각도의 조합)로 측정이 수행될 수 있다.
어떠한 단일 계측 레시피도 충분한 피처 비대칭 효과 강고성을 제공하지 않는 경우, 위에서 설명한 A+ 대 A- 분석을 사용하여 2개 또는 3개의 계측 레시피의 조합을 식별하는 것도 가능할 수 있다. 이는 각각의 개별 계측 레시피가 데이터 엔트리 클라우드(cloud of data entries)를 생성하고, 2개 내지 3개의 계측 레시피를 통과하는 선이 0이 아닌 축 컷오프(axis cut-off)를 나타내며; 이러한 선의 기울기는 여전히 피처 비대칭 효과에 비교적 강고한 오버레이 데이터를 생성하는 경우일 수 있다. 이를 위해, 실제 오버레이 측정에 2개 또는 3개의 계측 레시피가 사용된다.
그래서, 일 실시예에서, A+ 대 A- 분석은 양의 바이어스(A+)를 갖는 주기 구조 및 음의 바이어스(A-)를 갖는 주기 구조를 갖는 타겟에 대한 계측 레시피를 평가하는데 사용될 수 있다. 그래서, 성능 파라미터로서의 오버레이의 경우, 계측 레시피 각각에 대해 A+ 및 A-가 결정되며, 이러한 데이터를 통해 피팅을 산출하기 위해 A-의 결정된 값들에 대해 A+의 결정된 값들이 평가된다. 그 피팅과 관련된 값은 타겟의 인스턴스에 대한 실제 오버레이의 보다 정확한 값에 대응한다. 예를 들어, 선의 기울기는 오버레이의 측정치를 제공한다. 따라서, 설정된 알려진 오버레이를 갖는 교정 루틴에서, 설정된 알려진 오버레이의 또는 이에 근접한 그 피팅의 기울기 값을 산출하는 계측 레시피는 대량 측정을 위한 계측 레시피가 될 수 있는 강력한 후보이다.
도 18을 참조하면, 특정 계측 레시피에서의 측정 결과에 상당한 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 특정의 단일 계측 레시피(예를 들면, 특정의 측정 방사선 파장)에 대한 도 18의 A-에 대한 A+의 플롯에 2개의 예시적인 측정 결과(1800 및 1805)가 도시되어 있다. 이 경우, 각 측정 결과는 동일한 오버레이와 관련되지만 특정 타겟의 다른 인스턴스이다. 실선(1810 및 1820)의 기울기로 도시된 바와 같이, 피처 비대칭 효과가 없다고 가정하는 경우(즉, 선이 원점을 통과하는 경우), 각각의 측정 결과(1800, 1805)는 매우 다른 오버레이를 생성하게 된다. 실제로, 측정 결과(1800)에 대응하는 타겟의 인스턴스는 중대한 피처 비대칭 효과(예를 들면, 구조적 비대칭)를 갖는 반면, 측정 결과(1805)에 대응하는 타겟의 인스턴스는 그렇지 않다. 그래서, 중대한 피처 비대칭 효과(예를 들면, 구조적 비대칭, 스택 차이 등)가 존재할 때, 단일 계측 레시피(예를 들면, 단일 파장)는 결정된 오버레이, 특히 측정 결과(1800)로부터 결정된 오버레이에 에러를 부여할 수 있음을 알 수 있다.
하지만, 복수의 상이한 계측 레시피(예를 들면, 2개의 상이한 계측 레시피)에서 취해진 측정을 사용하면, 피처 비대칭 효과에 보다 강고하므로 오버레이가 보다 정확하게 결정될 수 있다. 다시 도 18을 참조하면, 결과(1800 및 1805)에 대한 제1 계측 레시피와 다른 특정의 제2 계측 레시피(예를 들면, 특정의 측정 방사선 파장)에 대한 도 18의 A-에 대한 A+의 플롯에 2개의 추가의 예시적인 측정 결과(1830, 1835)가 도시되어 있다. 측정(1800, 1805)에서와 같이, 이 경우에 측정 결과(1830, 1835) 각각은 동일한 오버레이와 관련되지만 특정 타겟의 다른 인스턴스이다. 측정 결과(1830)는 측정 결과(1800)와 동일한 타겟의 인스턴스이고, 측정 결과(1835)는 측정(1805)과 동일한 타겟의 인스턴스이다. 위에서 언급한 바와 같이, 실제로 측정 결과(1800, 1830)에 대응하는 타겟의 인스턴스는 중대한 피처 비대칭 효과(예를 들면, 구조적 비대칭)를 갖는 반면, 측정 결과(1805, 1835)에 대응하는 타겟의 인스턴스는 그렇지 않다.
그러나 이제, 점선(1840, 1850)의 기울기로 도시된 바와 같이, 측정 결과(1800, 1805, 1830, 1835)의 조합은 피처 비대칭 효과에 관계없이 실질적으로 동일한 오버레이를 생성하게 된다. 그래서, 원점으로부터의 선(1850)의 거리(1860)로 표시된 중대한 피처 비대칭 효과(예를 들면, 구조적 비대칭, 스택 차이 등)가 있는 경우에도, 2개 이상의 계측 레시피(예를 들면, 복수의 파장)는 피처 비대칭 효과에 상당히 강고한 결정된 오버레이를 생성할 수 있음을 알 수 있다.
그래서, 일 실시예에서는 2개 이상의 상이한 계측 레시피가 선택되는데, 이에 의해 타겟의 인스턴스가 측정되고, 그 결과의 조합으로부터 타겟의 인스턴스에 대한 가능한 피처 비대칭 효과에 강고한 오버레이가 결정된다. 즉, 일 실시예에서는, 피처 비대칭 효과 또는 스퓨리어스(spurious) 강도 비대칭(스택 차이, 구조적 비대칭 등)의 기타 소스에 상대적으로 한 오버레이 결과를 제공하는 데 사용될 수 있는 적절한 계측 레시피의 조합을 선택하는 기법이 제공된다.
2개 이상의 상이한 계측 레시피(예를 들면, 2개의 상이한 파장)를 선택함으로써, 오버레이와 같은 패터닝 프로세스 파라미터의 결정은 임의의 피처 비대칭 효과에 보다 강고하다. 하지만, 어떤 경우에는 2개 이상의 상이한 계측 레시피의 사용은 단일 계측 레시피를 사용하는 것과 비교하여 더 많은 노이즈를 유발한다.
도 19는 (x 축을 따라서의) 측정 방사선 파장과 (y 축을 따라서의) 오버레이 감도 K 사이의 관계를 보여주는 그래프이다. 오버레이 측정에서, 강도 비대칭은 오버레이 감도와 오버레이의 곱과 같다. 강도 비대칭은 타겟에서 반사된 +1과 -1 회절 차수 사이의 강도의 차이다. 오버레이 감도는 오버레이에 대한 강도 비대칭 측정의 감도의 측정치이다.
도 19에 예시된 바와 같이, 오버레이 감도는 사용되는 측정 방사선 파장에 따라 변할 수 있다. 오버레이 측정의 정확도를 향상시키기 위해 오버레이 감도의 크기는 큰 것이 바람직하다. 오버레이 감도의 크기가 크면, 오버레이가 보다 정확하게 측정될 수 있다. 도 18에 도시된 유형의 비대칭 그래프에서, 오버레이를 결정하는데 사용되는 2개의 측정 결과는 서로 멀리 떨어지는 것이 바람직하다. 2개의 측정 결과가 서로 멀리 떨어지면, 오버레이가 보다 정확하게 측정될 수 있다.
도 18에 도시된 예에서는, 오버레이 감도의 크기가 비교적 크기 때문에 측정 결과(1800, 1805, 1830, 1835)는 원점에서 비교적 멀리 있다. 이들 측정에 대해 오버레이 감도가 더 낮았더라면, 측정 결과는 도 18의 비대칭 그래프에서 원점에 더 근접했을 것이다.
한편, 도 18에 도시된 예에서, 측정 결과(1800)는 추가 측정 결과(1830)로부터 원점의 반대측에 있다. 유사하게, 측정 결과(1805)는 추가 결과(1835)로부터 원점의 반대측에 있다. 이는 2개의 측정 결과(예를 들면, 측정 결과(1800 및 1830) 또는 측정 결과(1805 및 1835))가 도 18의 비대칭 그래프에서 서로 멀리 떨어져 있는 것이 바람직하기 때문에 바람직하다. 이는 오버레이의 보다 정확한 측정으로 이어진다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 큰 크기를 갖는 반대 부호의 오버레이 감도 값을 갖도록 2개의 측정 결과에 대해 측정 방사선 파장을 선택하는 것이다. 예를 들어, 측정 결과(1800)에 대한 측정 방사선 파장은 오버레이 감도가 크고 양(+)이 되도록 선택될 수 있다. 한편, 측정 결과(1830)에 대한 측정 방사선 파장은 오버레이 감도가 크고 음(-)이 되도록 선택될 수 있다.
하지만, 이러한 바람직한 측정 방사선 파장을 선택하는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 예를 들어, 이는 측정 방사선 파장과 오버레이 감도 사이의 관계가 도 19에 도시된 것과 같은 경우에는 가능하지 않게 된다. 도 19의 예에 도시된 바와 같이, 오버레이 감도는 가능한 측정 방사선 파장의 모든 범위에 대해 항상 음이다. 유사한 오버레이 감도 값을 갖는 2개의 측정 방사선 파장이 선택되면, 이 2개의 측정 결과는 도 18의 비대칭 그래프에서 서로 근접할 수 있다. 이는 측정 결과의 임의의 부정확도가 측정된 오버레이에 보다 큰 영향을 미치기 때문에 오버레이 측정의 정확도를 저감시킬 수 있다.
하나의 옵션은 크고 음의 오버레이 감도를 제공하는 하나의 측정 방사선 파장과 0에 가까운 오버레이 감도를 제공하는 두 번째 측정 방사선 파장을 선택하는 것이다. 이는 하나의 측정 결과가 도 18의 비대칭 그래프에서 원점으로부터 바람직하게 멀어 떨어져 있게 할 수 있다. 하지만, 작은 오버레이 감도를 제공하는 측정 방사선 파장으로부터의 측정 결과는 도 18의 비대칭 그래프에서 원점에 가깝게 된다. 두 측정 결과 모두 이와 연관된 소정의 부정확도(즉, 노이즈)를 갖는다.
측정 결과 중 하나가 (예를 들면, 오버레이 감도가 매우 작기 때문에) 원점에 매우 가까울 때, 2개의 상이한 측정 방사선 파장에 기초한 오버레이 측정은 단일 측정 방사선 파장에 기초한 오버레이 측정보다 덜 정확할 수 있다. 이는 단일 측정 방사선 파장이 사용될 때, 오버레이 측정은 (원점으로부터 유래될 수 있는) 단일 측정 결과 및 원점 자체로부터 도출되기 때문이다. 원점은 노이즈가 없으며, 그래서 오버레이 측정의 부정확도에 바람직하지 않은 기여를 제공하지 않는다. 혹은, 2개의 상이한 측정 방사선 파장이 사용되고 측정 결과 중 하나가 원점에 매우 가까우면, 원점에 가까운 측정 결과는 원점이 사용되는 상황(즉, 단일 측정 방사선 파장만이 사용되는 경우)에 비해 노이즈를 효과적으로 증가시킨다.
그래서, 어떤 경우에는 단일 측정 방사선 파장의 사용은 2개의 상이한 측정 방사선 파장을 사용하는 것과 비교하여 보다 더 재현 가능한 오버레이 측정이 이루어지게 할 수 있다. 특히, 도 19에 도시된 예에서, 오버레이 감도는 가능한 측정 방사선 파장의 모든 범위에 대해 음의 값이다. 이는 도 18에 도시된 그래프의 유형에서 원점으로부터 멀리 있으면서 동시에 원점으로부터 상이한 방향에 있는 측정 결과들을 산출하는 적절한 측정 방사선 파장들을 선택하는 것을 불가능하게 한다. 2개의 상이한 측정 방사선 파장의 사용이 단일 측정 방사선 파장보다 나은지 여부는 타겟의 피처 비대칭의 양 및 오버레이 감도와 가능한 측정 방사선 파장 사이의 관계에 따라 달라진다.
상기 원리는 오버레이 감도를 참조하여 설명되었으나, 이들 원리는 스택 감도 및 회절 효율과 같은 다른 측정 품질 파라미터에도 동일하게 적용 가능하다. 스택 감도는 타겟(예를 들면, 그레이팅) 층들 사이의 회절로 인해 오버레이가 변화함에 따라 신호의 강도가 얼마나 변하는 지의 측정치로서 이해될 수 있다. 즉, 오버레이 맥락에서, 이는 오버레이 타겟의 상부 및 하부 주기 구조들 사이의 콘트라스트(constrast)를 검출하며, 그래서 상부 및 하부 주기 구조들 사이의 회절 효율 사이의 균형을 나타낸다. 회절 효율은 타겟에 의해 회절되는 측정치의 평균 강도에 정비례한다.
도 20은 측정 방사선 파장과 스택 감도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 오버레이 감도에 대해서는, 스택 감도 값이 크고 반대 부호가 되도록 측정 방사선 파장이 선택되는 것이 바람직하다. 하지만, 도 20에 도시된 바와 같이, 어떤 경우에는 스택 감도가 측정 방사선 파장의 전체 범위에 대해 동일한 부호(도 20의 예에서는 양임)를 가질 수 있다. 그 결과, 스택 감도 값이 크고 반대 부호가 되도록 2개의 측정 방사선 파장을 선택하는 것이 가능하지 않을 수도 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 방법을 제공한다. 이하의 설명에서, 패터닝 프로세스 파라미터인 오버레이를 참조하여 본 발명이 설명될 것이다. 하지만, 본 발명은 구조의 CD와 같은 다른 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 데에도 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명자들은 어떤 경우에는 2개의 상이한 측정 방사선 파장을 사용하는 것이 단일 측정 방사선 파장을 사용하는 것보다 더 낫다는 것을 발견하였다. 이는 2개의 상이한 측정 방사선 파장을 사용하는 것이 타겟의 바람직하지 않은 피처 비대칭과 관련하여 오버레이 측정의 강고성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 하지만, 다른 경우에는 오버레이 측정에 영향을 미치는 노이즈가 더 적기 때문에 단일 측정 방사선 파장의 사용이 2개의 상이한 측정 방사선 파장의 사용보다 더 낫다.
일 실시예에서는, 오버레이를 결정하기 위해 단일 파장 측정과 복수 파장 측정 양자 모두가 사용된다. 본 발명은 단일 파장 측정과 복수 파장 측정 양자 모두의 이점을 달성할 것으로 예상된다. 특히, 본 발명의 실시예는 타겟의 피처 비대칭과 관련하여 측정의 강고성을 향상시킬 것으로 예상된다. 한편, 본 발명의 실시예는 측정에서 노이즈의 저감을 달성할 것으로 예상된다. 일 실시예에서, 개선된 하이브리드 측정을 제공하기 위해 단일 파장 측정과 복수 파장 측정이 혼합될 수 있다.
일 실시예에서, 타겟은 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 조명된다. 다시 말하면, 타겟을 조명하고 원시 데이터(raw data)를 획득하기 위해 2개의 상이한 측정 방사선 파장이 사용된다. 물론, 특정 측정 방사선 파장이 선택되어 사용될 때, 조명 방사선은 실제에서는 특정 중심 파장에서 피크를 갖는 파장의 스펙트럼을 포함할 수 있다. 이 설명에서는, 특정 측정 방사선 파장이 사용될 때, 타겟이 중심 파장을 포함하는 방사선으로 조명됨을 의미한다.
2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 원시 데이터에 기초하여, 오버레이에 대한 복합 측정치를 제공하기 위해 계산이 수행된다.
일 실시예에서, 본 방법은 타겟에 대해, 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 중간 파라미터에 대한 제1 값을 계산하는 단계를 포함한다. 아래의 설명에서는, 오버레이가 중간 파라미터인 것을 참조하여 본 발명이 설명될 것이다. 하지만, 강도 레벨 또는 비대칭 레벨과 같은 다른 중간 파라미터도 사용될 수 있다.
중간 파라미터가 오버레이일 때, (단일의) 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 오버레이에 대한 제1 값이 계산된다. 다시 말하면, 오버레이는 단일 측정 방사선 파장을 사용하여 계산된다.
일 실시예에서, 본 방법은 타겟에 대해, 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 중간 파라미터에 대한 제2 값을 계산하는 단계를 포함한다. 중간 파라미터가 오버레이인 맥락에서, 본 방법은 2개의 상이한 측정 방사선 파장을 사용하는 것에 기초하여 제2 오버레이 값을 계산하는 단계를 포함한다. 그래서, 제1 값은 단일 파장의 오버레이 측정치이고, 제2 값은 복수 파장의 오버레이 측정치이다.
일 실시예에서, 본 방법은 중간 파라미터에 대한 제1 및 제2 값에 기초하여 패터닝 프로세스 파라미터(예를 들면, 오버레이)에 대한 복합 측정치를 계산하는 단계를 포함한다. 복합 측정치는 단일 파장 측정과 복수 파장 측정 양자 모두의 이점을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 복합 측정치는 타겟의 상부 층 및/또는 하부 층의 주기 구조 내의 피처의 구조적 비대칭의 측정치에 종속적인 함수에 따라 결정된다. 위에서 설명한 바와 같이, 복수 파장 측정의 특정 이점은 타겟 내의 피처의 구조적 비대칭에 대한 강고성의 증가이다. 피처 비대칭의 측정치에 종속적인 함수에 따라 복합 측정치를 결정함으로써, 재현성 및 오버레이 측정의 정확성의 이점이 균형을 이룰 수 있다. 복수 파장 측정은 피처 비대칭이 더 클 때 더 큰 영향을 미칠 수 있어서, 복합 오버레이 측정치의 강고성이 더 중요할 때 이를 향상시킬 수 있다. 한편, 피처의 구조적 비대칭이 낮을 때는, 복합 측정치에서의 노이즈를 저감시키기 위해 복합 측정치를 단일 파장 측정에 보다 더 기반하는 것이 바람직할 수 있다.
일 실시예에서, 함수는 구조적 비대칭이 더 클 때 제2 값(즉, 복수 파장 측정)이 복합 측정치에 더 큰 영향을 미치도록 구조적 비대칭의 측정치에 종속적이다.
타겟 내에 피처의 원치 않는 구조적 비대칭이 어느 정도 있는지를 결정하는 것은 어려울 수 있다. 구조적 비대칭을 측정하는 몇 가지 상이한 방법이 있다. 본 발명은 이들 중 어느 것과도 사용될 수 있다.
구조적 비대칭의 측정치를 획득하는 하나의 방법은 복수 파장 오버레이 측정과 단일 파장 오버레이 측정 사이의 차를 결정하는 것이다. 그래서, 단일 파장 측정으로부터 복수 파장 측정으로 이동하는 것을 결정하는 비대칭 파라미터는 단일 파장 작동을 사용하여 측정된 오버레이와 복수 파장 작동을 사용하여 측정된 오버레이 사이의 차일 수 있다.
복수 파장 오버레이 측정과 단일 파장 오버레이 측정 사이의 차를 피처 비대칭에 대한 측정치로 사용하는 이점은 추가 측정 시간이 필요하지 않다는 것이다. 그래서, 중간 파라미터가 오버레이인 실시예에서, 구조적 비대칭의 측정치는 제1 오버레이 값과 제2 오버레이 값 사이의 차에 비례한다.
비대칭 파라미터를 결정하는 다른 방법들이 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 바와 같이, 피처 비대칭 효과는 도 18에서 원점으로부터 선(1850)의 거리(1860)로 나타낼 수 있다.
대체의 실시예에서, 구조적 비대칭의 측정치는 타겟의 상부 층 또는 하부 층의 주기 구조에 대응하는 구조적 비대칭 타겟(즉, 전용 타겟)으로부터 측정된다. 복수의 이러한 전용 타겟이 기판을 가로 질러 위치될 수 있다. 각각의 전용 타겟은 오버레이를 측정하는데 사용되는 타겟의 하부 층의 주기 구조에만 대응하는 그레이팅을 포함한다. 전용 타겟은 하단 그레이팅(bottom grating)만 가지며 상단 그레이팅은 없다. 그 결과, 전용 타겟으로부터 강도 불균형이 측정될 때, 이 불균형은 원치 않는 피처 비대칭과 관련된다. 그래서, 이러한 방식으로 전용 타겟을 사용하여 피처 비대칭이 측정될 수 있다.
다른 대체의 실시예에서, 구조적 비대칭의 측정치는 타겟의 상부 층이 형성되기 전에 타겟의 하부 층으로부터 측정된다. 타겟의 제조에서는, 하부 층의 주기 구조가 먼저 형성된다. 그 후, 상부 층의 주기 구조가 형성된다. 상부 층의 주기 구조가 형성되기 전에 강도 불균형을 측정함으로써, 하부 층의 피처 비대칭이 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 값이 계산되는 중심 파장은 제2 값이 계산되는 2개의 상이한 중심 파장 중 하나이다. 본 발명의 실시예는 복합 측정치를 생성하는데 필요한 측정 시간을 최소화할 것으로 예상된다. 3개의 상이한 측정 방사선 파장을 사용할 필요가 없다. 단일 파장은 사용되는 2개의 상이한 파장 중 하나일 수 있다.
대체의 실시예에서, 제1 값이 계산되는 중심 파장은 제2 값이 계산되는 2개의 상이한 중심 파장과는 다르다. 그래서, 3개의 상이한 파장이 사용될 수 있다. 이는 2개의 상이한 파장의 선택과는 다른 파라미터를 최적화하기 위해 단일 파장이 선택되게 할 수 있다.
일 실시예에서, 본 방법은 기판을 가로 질러 복수의 타겟에 대해 수행된다. 일 실시예에서, 복합 측정치는 기판의 중심으로부터 멀리 떨어진 타겟에 대해, 제2 값(즉, 복수 파장 측정으로부터 획득된 값)이 복합 측정치에 더 큰 영향을 미치는 함수에 따라 결정된다.
일반적으로, 기판의 중심에서 피처 비대칭의 영향은 작을 수 있다. 따라서, 기판의 중심에서는 단일 파장 측정이 복합 측정치에 영향을 미치는 것이 더 바람직할 수 있다. 이는 단일 파장 측정의 재현성이 (사용되는 측정 방사선 파장에 대한 오버레이 감도에 따라) 복수 파장 측정보다 높을 수 있기 때문이다. 다른 한편으로, 기판의 에지에서는, 복수 파장을 더 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 기판의 에지에서는, 피처 비대칭의 영향이 더 클 수 있기 때문이다.
일 실시예에서, 복합 측정치가 결정되게 하는 함수는 연속 함수이다. 이는 단일 파장 측정 및 복수 파장 측정의 연속적인 혼합을 제공할 수 있다. 함수는 존재하는 피처 비대칭의 양에 따라 달라진다.
제1 및 제2 값에 기초하여 복합 측정치을 결정하는 한 가지 방법이 아래에 기술되어 있다.
상기 수식에서, OVcombined는 오버레이에 대한 복합 측정치이다. OV1은 오버레이에 대한 (단일 파장 측정으로부터의) 제1 값이다. OV2는 오버레이에 대한 (복수 파장 측정으로부터의) 제2 값이다. 혼합 계수(도 22의 M)는 
이다. 혼합 계수 M은 구조적 비대칭의 측정치 x에 따라 달라진다.
파라미터 x는 구조적 비대칭의 측정치이다. 일 실시예에서, 파라미터 x는 아래의 공식을 사용하여 계산될 수 있다:
상기 공식에서, 강성 파라미터(strength parameter)는 얼마나 강하게 비대칭 영향이 작용하는지를 튜닝하기 위해 사용된다. 강성 파라미터는 복합 측정치를 결정하기 위한 바람직한 함수를 제공하도록 교정될 수 있다.
복합 측정치를 결정하는 다른 방법들도 가능하다. 예를 들면, tanh 함수가 사용될 수 있다. tanh 함수는 제1 값만을 사용하는 경우와 제2 값만을 사용하는 경우 사이에서 원활한 전이(transition)를 제공하는데 사용될 수 있다.
OVcombined에 대해 위에 제공된 공식에서는, 제1 및 제2 오버레이 값을 직접 결합함으로써 제1 및 제2 값이 혼합(즉, 결합)된다. 이는 중간 파라미터가 오버레이이기 때문이다. 하지만, 혼합은 이와 달리 상이한 레벨에서 행해질 수도 있다. 예를 들면, 오버레이 값을 직접 혼합하는 대신에, 강도 또는 비대칭 레벨에서 혼합하는 것도 가능하다. 그래서, 중간 파라미터는 그에 따라 달라질 수 있다.
도 21은 기판 상의 위치와 제1 및 제2 오버레이 값들 사이의 차(difference) 사이의 관계를 나타내는 개략도이다. 기판은 대략 원형이다. x 및 y 방향의 기판 상의 위치는 도 21에서 파라미터 rx 및 ry로 도시된다. 도 21에 도시된 바와 같이, 기판의 중심에서 제1 오버레이 값과 제2 오버레이 값 사이에는 (낮은 피처 비대칭을 나타내는) 작은 차가 있다. 하지만, 기판의 에지에서는, 제1 및 제2 오버레이 값들 사이에 보다 큰 크기의 차가 존재한다. 이는 기판의 가장자리에 보다 큰 피처 비대칭이 있음을 나타낸다.
도 22는 기판 상의 위치와 혼합 계수 M 사이의 관계를 나타내는 개략도이다. 혼합 계수는 도 22의 우측의 눈금에 문자 M으로 표시된다. 도 22에 도시된 바와 같이, 혼합 계수 M은 기판의 중심에서는 낮다. 이는 복합 측정치가 기판의 중심에서는 제1 값에 가깝게 된다는 것을 의미한다. 이는 피처 비대칭이 낮은 기판의 중심에서는 단일 파장 측정이 지배적이 되는 것이 바람직하기 때문에 적절하다. 한편, 혼합 계수는 기판의 에지에서는 더 높다. 이는 피처 비대칭이 높은 곳에서는 복수 파장 측정이 지배적이 됨을 의미한다. 그 결과, 재현성과 정확도 사이에 양호한 균형이 달성될 수 있다.
본 발명은 리소그래피 프로세스의 수행에 따라 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 계측 장치에서 실시될 수 있다. 계측 장치는 전술한 방법을 수행하도록 작동 가능하다.
본 발명은 타겟 상에 방사선 빔을 제공하고 타겟에 의해 회절된 방사선을 보호하도록 구성된 검사 장치를 포함하는 시스템에서 구현될 수 있다. 시스템은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 소프트웨어를 포함한다.
일 실시예에서, 타겟은 패터닝 프로세스를 사용하여 생성된 제1의 바이어스된 타겟 구조 및 제2의 다르게 바이어스된 타겟 구조를 갖는다. 일 실시예에서, 타겟은 계측 타겟이다.
일 실시예에서, 구조적 비대칭의 측정치는 A1+, A2+, A1-, 및 A2-로부터 계산된다. A1+는 제1의 바이어스된 타겟 구조가 제1 파장의 방사선에 의해 조명될 때 제1의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 -1차 방사선의 강도로부터 감산된 2개의 상이한 파장 중 제1 파장의 방사선에 의해 제1의 바이어스된 타겟 구조가 조명될 때 제1의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 +1차 방사선의 강도이다. A2+는 제1의 바이어스된 타겟 구조가 제2 파장의 방사선에 의해 조명될 때 제1의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 -1차 방사선의 강도로부터 감산된 2개의 상이한 파장 중 제2 파장의 방사선에 의해 제1의 바이어스된 타겟 구조가 조명될 때 제1의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 +1차 방사선의 강도이다. A1-는 제2의 바이어스된 타겟 구조가 제1 파장의 방사선에 의해 조명될 때 제2의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 -1차 방사선의 강도로부터 감산된 제1 파장의 방사선에 의해 제2의 바이어스된 타겟 구조가 조명될 때 제2의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 +1차 방사선의 강도이다. A2-는 제2의 바이어스된 타겟 구조가 제2 파장의 방사선에 의해 조명될 때 제2의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 -1차 방사선의 강도로부터 감산된 제2 파장의 방사선에 의해 제2의 바이어스된 타겟 구조가 조명될 때 제2의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 +1차 방사선의 강도이다.
일 실시예에서, 제2 값이 계산될 때, A1+와 A2+의 곱은 0보다 크거나 같고, 및/또는 A1-와 A2-의 곱은 0보다 크거나 같다. A1+는 제1의 바이어스된 타겟 구조가 제1 파장의 방사선에 의해 조명될 때 제1의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 -1차 방사선의 강도로부터 감산된 2개의 상이한 파장 중 제1 파장의 방사선에 의해 제1의 바이어스된 타겟 구조가 조명될 때 제1의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 +1차 방사선의 강도이다. A2+는 제1의 바이어스된 타겟 구조가 제2 파장의 방사선에 의해 조명될 때 제1의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 -1차 방사선의 강도로부터 감산된 2개의 상이한 파장 중 제2 파장의 방사선에 의해 제1의 바이어스된 타겟 구조가 조명될 때 제1의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 +1차 방사선의 강도이다. A1-는 제2의 바이어스된 타겟 구조가 제1 파장의 방사선에 의해 조명될 때 제2의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 -1차 방사선의 강도로부터 감산된 제1 파장의 방사선에 의해 제2의 바이어스된 타겟 구조가 조명될 때 제2의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 +1차 방사선의 강도이다. A2-는 제2의 바이어스된 타겟 구조가 제2 파장의 방사선에 의해 조명될 때 제2의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 -1차 방사선의 강도로부터 감산된 제2 파장의 방사선에 의해 제2의 바이어스된 타겟 구조가 조명될 때 제2의 바이어스된 타겟 구조로부터 반사되는 +1차 방사선의 강도이다.
본 발명의 대체 실시예가 도 23을 참조하여 설명될 것이다. 일 실시예에서, 본 방법은 기판(W)의 층을 가로 질러 복수의 타겟 각각에 대해 패터닝 프로세스 파라미터(예를 들면, 오버레이)의 측정치를 계산하는 단계를 포함한다.
대체의 실시예에서, 타겟들 중 적어도 하나에 대해, (단일의) 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 측정치가 계산된다. 다시 말하면, 오버레이는 단일 측정 방사선 파장을 사용하는 것에 따라 계산된다. 다른 타겟들 중 적어도 하나에 대해, 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 측정치가 계산된다. 다시 말하면, 오버레이는 복수 파장 오버레이 측정을 사용하는 것에 따라 계산된다.
이 대체의 실시예는 이전에 알려진 것과 다르다. 이전에는, 기판 층의 전체에 걸쳐 단일 파장 오버레이 측정 또는 복수 파장 오버레이 측정 중 어느 하나가 사용되었다. 대조적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 단일 파장 오버레이 측정이 적어도 하나의 타겟에 대해 사용되고, 기판(W)의 동일 층 내의 적어도 하나의 타겟에 대해 복수 파장 오버레이 측정이 사용된다.
본 발명의 실시예는 오버레이(또는 다른 패터닝 프로세스 파라미터) 측정의 품질의 향상을 달성할 것으로 예상된다. 일부 타겟에 대해서는 단일 파장 오버레이 측정을 사용하고 다른 타겟에 대해서는 복수 파장 오버레이 측정을 사용함으로써, 측정의 품질을 향상시키도록 각 타겟에 대한 최상의 측정 유형이 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 타겟은 단일 파장 오버레이 측정이 사용될 지 또는 복수 파장 오버레이 측정이 사용될 지에 따라 그룹으로 분류된다. 오버레이 측정에서 파장(또는 파장들)에 어떤 실제 값이 사용될 지에 따라 타겟은 더 분류될 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에서 기판 층의 복수의 영역 각각에 대해, 영역의 타겟에 대한 오버레이 측정치를 계산하기 위한 데이터 유형이 선택된다. 영역들 중 적어도 하나에 대해, 선택된 데이터 유형은 (단일의) 중심 파장(즉, 단일 파장 오버레이 측정의 경우)을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터이다. 영역들 중 적어도 하나의 다른 영역에 대해, 선택된 데이터 유형은 2개의 상이한 중심 파장(즉, 복수 파장 오버레이 측정의 경우)을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터이다.
도 23은 상이한 영역(51, 52, 53)으로 분할된 기판(W)의 층을 개략적으로 도시한다. 상이한 영역에 대해 상이한 유형의 오버레이 측정이 사용될 수 있다. 각 영역은 오버레이가 측정되는 적어도 하나의 타겟을 포함한다.
예를 들어, 일 실시예에서 중심 영역(51)에서는 제1 파장의 방사선을 사용하여 단일 파장 오버레이 측정이 수행된다. 중간 영역(52)에 대해서는, 단일 파장 오버레이 측정이 사용될 수 있다. 중심 파장은 중심 영역(51)의 타겟에 대한 오버레이 측정에 사용되는 제1 파장과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 주변 영역(53)에서는, 복수 파장 오버레이 측정이 사용될 수 있다. 복수 파장 오버레이 측정은 2개의 상이한 중심 파장을 사용하여 수행될 수 있다. 2개의 상이한 중심 파장은 중심 영역(51) 및 중간 영역(52)에서 타겟에 대한 오버레이를 측정하는데 사용되는 파장과 상이할 수 있다. 혹은, 주변 영역(53)에 사용되는 2개의 중심 파장 중 하나는 중심 영역(51) 및 중간 영역(52) 중 어느 하나 또는 양자 모두에 사용되는 중심 파장과 동일할 수도 있다.
일 실시예에서, 영역(51, 52, 53)은 기판(W)의 중심으로부터의 상이한 거리에 대응한다. 단순히 예로서, 기판(W)의 반경이 150 mm이면, 중심 영역(51)은 70 mm의 반경을 가질 수 있고, 중간 영역(51)은 120 mm의 반경을 가질 수 있으며, 주변 영역(53)은 150mm의 반경을 가질 수 있다(즉, 기판(W)의 반경과 동일함). 물론, 이들 값은 단순히 예시적인 것이며, 다른 값들이 선택될 수도 있다. 또한, 영역의 개수도 특별히 제한되지 않으며, 2개, 또는 4 이상일 수도 있다.
일 실시예에서, 노광되는 기판(W)의 각 층은 도 23에 도시된 바와 같은 영역으로 분할된다. 일 실시예에서, 영역들은 상이한 층들에 대해서도 동일한 방식으로 정의된다. 예를 들어, 각 층은 제1 반경을 갖는 중심 영역(51), 제2 반경을 갖는 중간 영역(52), 및 제3 반경을 갖는 주변 영역(53)을 가질 수 있다. 혹은, 영역들의 반경은 기판(W)의 상이한 층들에 대해 상이할 수도 있다. 상이한 층들은 상이한 개수의 영역을 가질 수도 있다.
상이한 층들의 경우, 오버레이 측정에 사용되는 데이터의 유형 및 파장이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 층의 경우 중심 영역(51)은 제1 중심 파장을 사용하는 단일 파장 오버레이 측정에 대응하고, 제2 층의 중심 영역(51)은 상이한 중심 파장을 사용하는 단일 파장 측정에 대응한다. 일 실시예에서, 제1 층의 중간 영역(52)은 제1 중심 파장을 사용하는 단일 파장 오버레이 측정에 대응하고, 제2 층의 중간 영역(52)은 (제1 중심 파장과 다를 수 있는) 제2 및 제3 중심 파장을 사용하는 복수 파장 오버레이 측정에 대응한다. 일 실시예에서, 제1 층의 주변 영역(53)은 제1 및 제2 중심 파장을 사용하는 복수 파장 오버레이 측정에 대응하고, 제2 층의 주변 영역(53)은 (제1 및 제2 중심 파장과 상이할 수 있는) 제3 및 제4 중심 파장을 사용하는 복수 파장 오버레이 측정에 대응한다.
도 23에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 데이터의 유형(예를 들면, 단일 파장 오버레이 측정을 사용할지 또는 복수 파장 오버레이 측정을 사용할지의 여부)은 기판(W)의 중심과 영역 내의 적어도 하나의 타겟 사이의 거리에 기초하여 선택된다. 하지만, 기판(W)을 상이한 영역들로 분할하기 위한 기준으로서 상이한 성능 표시자들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 영역들은 구조적 비대칭의 측정치에 기초하여 정의된다. 예를 들면, 위에서 설명한 바와 같이, 기판(W)의 주변 영역(53)에는 보다 많은 양의 구조적 비대칭이 존재할 수 있다. 그래서, 주변 영역(53)은 보다 많은 양의 구조적 비대칭(예를 들면, 미리 결정된 문턱값보다 더 큰 구조적 비대칭)을 갖는 타겟에 대응할 수 있다. 중심 영역(51)은 타겟이 보다 낮은 구조적 비대칭(예를 들면, 미리 결정된 문턱값 미만의 구조적 비대칭)을 갖는 영역에 대응할 수 있다. 중간 영역(52)은 타겟이 중간 정도의 구조적 비대칭을 갖는 영역에 대응할 수 있다.
구조적 비대칭은 위에서 설명한 바와 같이 다양한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 구조적 비대칭은 동일한 타겟의 단일 파장 오버레이 측정과 복수 파장 오버레이 측정 사이의 차를 계산함으로써 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 타겟은 스택 감도 또는 오버레이 감도와 같은 대체 파라미터에 기초하여 분류된다.
일 실시예에서, 중심 파장(또는 복수 파장 오버레이 측정의 경우에는 중심 파장들)은 측정을 위한 적어도 하나의 품질 파라미터를 최적화하도록 선택된다. 품질 파라미터는 예를 들면, 스택 감도, 오버레이 감도, 또는 회절 효율일 수 있다.
전술한 실시예들이 결합될 수도 있다. 예를 들어, 단일 파장 측정 및 이중 파장 측정 양자 모두를 사용하는 복합 측정이 기판(W)의 하나 이상의 영역에 사용될 수도 있다. 예를 들면, 일 실시예에서 중심 영역(51)에는 단일 파장 측정이 사용되고, 주변 영역(53)에는 복수 파장 오버레이 측정이 사용되며, 중간 영역(52)에는 복합 측정이 사용된다.
일 실시예에서, 타겟은 도 23에 도시된 바와 같은 공간 영역으로 그룹화되지 않을 수도 있다. 혹은, 타겟은 구조적 비대칭의 측정치, 또는 스택 감도 또는 오버레이 감도와 같은 다른 파라미터에 따라서만 그룹화될 수도 있다. 그래서, (동일한 오버레이 측정 레시피를 사용하는) 타겟 그룹이 기판(W)의 상이한 부분에 걸쳐 분포될 수도 있다. 혹은, 오버레이 측정 레시피는 각 타겟에 대해 개별적으로 선택될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 기판(W)의 영역마다 최적의 측정 파장을 선택하는 것이 가능하다. 최적의 파장은 예를 들면, 한 영역에서의 단일 파장, 다른 영역에서의 이중 파장, 추가 영역에서의 다른 이중 파장 등일 수 있다. 이는 기판(W)이 이전보다 더 최적의 방식으로 측정될 수 있게 한다. 본 발명의 실시예는 보다 정밀한 오버레이 측정을 달성할 것으로 예상된다.
보다 최적의 파장의 사용 결과로서, 리소그래피 프로세스를 보다 신속하게 수행할 수 있다. 이전에는, (예를 들면, 구조적 비대칭 때문에) 기판의 주변만이 이중 파장 측정을 필요로 하는 경우에도 이중 파장을 사용하여 기판(W)을 측정해야 했다. 본 발명에 따르면, 이중 파장을 사용하여 기판(W)의 주변 영역(53)만을 선택적으로 측정할 수 있다. 기판(W)의 나머지 부분(예를 들면, 중심 영역(51) 및/또는 중간 영역(52))은 단일 파장을 사용하여 측정될 수 있다. 본 발명의 실시예는 기판(W)에 대한 오버레이 측정 시간을 단축할 것으로 예상된다. 본 발명의 실시예는 처리량을 향상시킬 것으로 예상된다.
본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 조항으로 추가로 설명된다:
16. 조항 15의 시스템은, 방사선 빔을 변조하기 위해 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성된 지지 구조 및 변조된 방사선 빔을 방사선 감수성 기판 상으로 투영하도록 배치된 투영 광학 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 더 포함한다.
본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 조항으로 추가로 설명된다:
Ⅰ. 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 방법으로서,
기판의 층을 가로 질러 복수의 타겟 각각에 대해, 패터닝 프로세스 파라미터에 대한 측정치를 계산하는 단계:
를 포함하고,
타겟들 중 적어도 하나에 대해, 측정치는 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 계산되며, 타겟들 중 적어도 다른 하나에 대해, 측정치는 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 계산된다.
Ⅱ. Ⅰ 항의 방법은:
층의 복수의 영역 각각에 대해, 영역 내의 타겟들에 대한 측정치를 계산하기 위한 데이터 유형을 선택하는 단계:
를 포함하고,
영역들 중 적어도 하나에 대해, 선택된 데이터 유형은 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터이며, 영역들 중 적어도 다른 하나에 대해, 선택된 데이터 유형은 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터이다.
Ⅲ. Ⅱ 항의 방법에서, 데이터 유형은 영역 내의 적어도 하나의 타겟과 기판의 중심 사이의 거리, 영역 내의 적어도 하나의 타겟의 상부 층 및/또는 하부 층의 주기 구조 내의 피처의 구조적 비대칭의 측정치, 영역 내의 적어도 하나의 타겟의 스택 감도, 및 영역 내의 적어도 하나의 타겟의 오버레이 감도 중 적어도 하나에 기초하여 선택된다.
Ⅳ. Ⅰ 항 내지 Ⅲ 항 중 어느 한 항의 방법은:
중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 측정치가 계산될 때, 측정치를 위한 적어도 하나의 품질 파라미터를 최적화하도록 중심 파장을 선택하는 단계:
를 더 포함한다.
Ⅴ. Ⅰ 항 내지 Ⅲ 항 중 어느 한 항의 방법은:
2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 측정치가 계산될 때, 측정치를 위한 적어도 하나의 품질 파라미터를 최적화하도록 중심 파장을 선택하는 단계:
를 더 포함한다.
상기에서는 광학 리소그래피의 맥락에서의 실시예들의 사용에 대해 구체적으로 언급되었을 수 있으나, 본 발명의 실시예는 다른 용도, 예를 들면 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에도 사용될 수 있으며, 맥락이 허용하는 경우, 광학 리소그래피에 국한되지 않음을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서는, 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)가 기판 상에 생성되는 패턴을 획정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피가 기판에 공급된 레지스트 층에 가압될 수 있으며, 이 기판 상에서 전자기 방사선, 열, 압력, 또는 이들의 조합을 적용함으로써 레지스트가 경화된다. 레지스트가 경화된 후에 패터닝 디바이스가 레지스트로부터 외부로 이동하여, 레지스트에 패턴을 남기게 된다.
본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들면, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm 또는 그 근방의 파장을 갖는) 자외선(UV) 방사선 및 (예를 들면, 5 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는) 극자외선(extreme ultra-violet: EUV) 방사선뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 유형의 전자기 방사선을 포괄한다. 일 실시예에서, 측정 방사선은 400 nm 내지 950 nm의 범위에서 선택된다.
맥락이 허용하는 경우, "렌즈"라는 용어는 굴절, 반사, 자기, 전자기, 및 정전 광학 컴포넌트를 포함하는, 다양한 유형의 광학 컴포넌트 중 임의의 하나 또는 조합을 지칭할 수 있다.
특정 실시예들에 대한 전술한 설명은, 본 발명의 일반적인 개념으로부터 일탈함이 없이 과도한 실험 없이도, 타인이 당해 기술분야의 지식을 적용함으로써 이러한 특정 실시예들을 다양한 적용을 위해 용이하게 수정 및/또는 적합하게 할 수 있도록 본 발명의 실시예들의 일반적인 특성을 드러낸다. 그래서, 이러한 적합화 및 수정은 본 명세서에 제시된 교시 및 지침에 기초하여, 개시된 실시예들의 동등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서의 문구 또는 용어는 예로서 설명을 위한 것이지 제한하기 위한 것이 아니며, 그래서 본 명세서의 용어 또는 문구는 교시 및 지침에 비추어 통상의 기술자에 의해 해석되어야 함을 이해해야 한다.
본 발명의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구범위 및 그 동등물에 따라서만 정의되어야 한다.
Claims (15)
- 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 방법으로서,
타겟에 대해, 중심 파장을 포함하는 방사선으로 상기 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 중간 파라미터에 대한 제1 값을 계산하는 단계;
상기 타겟에 대해, 2개의 상이한 중심 파장을 포함하는 방사선으로 상기 타겟을 조명함으로써 획득된 데이터로부터 상기 중간 파라미터에 대한 제2 값을 계산하는 단계; 및
상기 중간 파라미터에 대한 상기 제1 및 제2 값에 기초하여, 상기 패터닝 프로세스 파라미터에 대한 복합 측정치(combined measurement)를 계산하는 단계:
를 포함하는, 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 복합 측정치는 상기 타겟의 상부 층 및/또는 하부 층의 주기 구조(periodic structure) 내의 피처(features)의 구조적 비대칭의 측정치에 종속적인 함수에 따라 결정되는,
방법. - 제2 항에 있어서,
상기 함수는, 상기 구조적 비대칭이 보다 클 때 상기 제2 값이 상기 복합 측정치에 보다 큰 영향을 미치도록, 상기 구조적 비대칭의 측정치에 종속적인,
방법. - 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 중간 파라미터는 오버레이(overlay)이고, 상기 구조적 비대칭의 측정치는 상기 제1 오버레이 값과 상기 제2 오버레이 값 사이의 차에 비례하는,
방법. - 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 구조적 비대칭의 측정치는 상기 타겟의 상부 층 또는 하부 층의 주기 구조에 대응하는 구조적 비대칭 타겟으로부터 측정되는,
방법. - 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 구조적 비대칭의 측정치는 상기 타겟의 상부 층이 형성되기 전에 상기 타겟의 하부 층으로부터 측정되는,
방법. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 파라미터는 오버레이, 강도, 또는 강도 비대칭인,
방법. - 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 값이 계산되는 상기 중심 파장은 상기 2개의 상이한 중심 파장 중 하나인,
방법. - 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 값이 계산되는 상기 중심 파장은 상기 2개의 상이한 중심 파장과는 다른,
방법. - 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
기판에 걸쳐 복수의 타겟에 대해 수행되는,
방법. - 제10 항에 있어서,
상기 복합 측정치는, 상기 기판의 중심으로부터 보다 멀리 떨어진 타겟들에 대해, 상기 제2 값이 상기 복합 측정치에 보다 큰 영향을 미치는 함수에 따라 결정되는,
방법. - 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패터닝 프로세스 파라미터는 오버레이인,
방법. - 리소그래피 프로세스의 수행에 따라 패터닝 프로세스 파라미터를 결정하는 계측 장치로서,
제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 작동 가능한,
계측 장치. - 프로세서가 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 기계 가독 명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품.
- 타겟 상에 방사선 빔을 제공하고 상기 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출하도록 구성된 검사 장치; 및
제14 항의 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품:
을 포함하는, 시스템.
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