KR20200041373A - 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

방사선 빔의 정렬 특성을 결정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

방사선 소스에 의해 방출된 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 데에 사용하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 조명 빔은 계측 장치에서 기판 상의 타겟 영역을 조사하기 위한 것이다. 이러한 방법은 (a) 제1 세기 데이터 세트를 획득하는 단계; (b) 제2 세기 데이터 세트를 획득하는 단계; (c) 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리하는 단계를 포함하고, 처리는 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 조명 방사선 빔의 병진이동을 나타내는 값을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

방사선 빔의 정렬 특성을 결정하기 위한 방법 및 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 10월 3일에 출원된 EP 출원 제17194483.8호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명은 리소그래피 장치에 포함될 수 있는 방사선 빔 진단 툴 및 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 적용하도록 구성된 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)에 있는 패턴(또는 "디자인 레이아웃" 또는 "디자인"으로도 지칭됨)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상에 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 전형적인 파장은 365nm(i-line), 248nm, 193nm 및 13.5nm 이다. 4-20 nm 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm 범위의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예컨대 파장 193 nm의 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 로우-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 식은 CD = k1 × λ/NA로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치에서의 투영 광학계의 개구수이고, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄되는 최소 피처 크기이지만, 이 경우 1/2 피치)이고, k1은 실험상 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특별한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위해 회로 설계자가 계획한 형상 및 치수와 유사한 기판 상의 패턴을 재현하는 것이 더 어려워진다. 이러한 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세 조정 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 디자인 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어 NA의 최적화, 커스터마이즈 조명 스킴, 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 디자인 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC, 종종 "광학 및 프로세스 보정"이라고도 함)과 같은 디자인 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 "해상도 향상 기법"(RET)으로 일반적으로 규정되는 기타 다른 방법이 여기에 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하는 툴은 일반적으로 계측 장치(MT)라고 한다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 스케터로미터 계측 장치(MT)를 포함하여, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 유형의 계측 장치(MT)가 알려져 있다.
최근, 리소그래피 분야에서 사용하기 위한 다양한 형태의 광학 툴 또는 스캐터로미터가 개발되어 왔다. 이들 디바이스는 방사선 빔을 타겟 상으로 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들어, 파장의 함수로서의 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광 - 을 측정하여 측정 신호를 얻고, 그로부터 타겟의 관심 특성을 결정할 수 있다.
공지된 검사 기법은 가시 또는 자외선 대역(예컨대, 200 nm 를 넘는 대역)의 방사선을 채용한다. 이는 측정할 수 있는 가장 작은 피처를 제한하므로 이러한 기법은 더 이상 최신 리소그래피 프로세스에서 만들어진 가장 작은 피처를 측정할 수 없다. 더 작은 구조체의 측정을 가능하게 하기 위해, 예를 들어 극자외(EUV) 리소그래피에 사용되는 EUV 파장과 유사한 더 짧은 파장의 방사선을 사용하는 기법이 제안되었다. 이러한 파장은 1 내지 100 nm, 예를 들어 1 내지 125 nm의 범위일 수 있다. 이러한 파장 범위의 일부 또는 전부는 연질 x-선(SXR) 파장이라 칭할 수도 있다. 일부 저자는 더 좁은 범위의 파장, 예를 들어 1-10 nm 또는 10-20 nm 범위를 지칭하기 위해 SXR의 용어를 사용할 수도 있다. 본 명세서에 개시된 방법 및 장치의 목적을 위해, 이러한 용어 SXR 및 EUV는 어떠한 엄격한 구별도 암시하지 않고 사용될 것이다. 예를 들어 0.1-1 nm의 범위에서 더 경질의 x-선을 사용한 계측도 사용될 수 있다.
SXR 계측의 경우 고 고조파 생성(HHG)의 원리로 작동하는 소스를 사용할 수 있다. 고출력 펄스형 IR 구동 레이저는 가스 제트에 초점이 맞춰져 있으며, 출력 중 작은 부분이 더 짧은 파장으로 변환된다. 생성된 파장은 홀수 고조파 차수를 따른다:
Figure pct00001
,여기서 n은 홀수이다.
그 후, 소스는 광학 조명 시스템 내에서 축소되고(demagnified) 웨이퍼 상의 타겟에 포커싱된다. 포커스가 타겟을 언더필할 수도 있다. 타겟이 매우 작기 때문에 이는 정적인 관점(스폿이 작아야 함)과 동적인 관점(스폿이 정지 상태에 있어야 함)에서 모두 문제가 된다. 작은 소스 위치설정 오차로 인해 스폿-대-타겟 변위가 발생하고 측정 결과가 잘못될 수 있다.
계측 장치의 검출기 상에 입사하는 SXR 스폿의 크기는 전형적으로 다수의 검출기 픽셀 크기 정도로 작다. 이는 소스의 각도 안정성에 대한 요건을 엄격하게 한다: 소스의 작은 빔 포인팅 오차로 인해 원시야(far field) 검출기 상의 SXR 스폿 위치에 변화가 생긴다. 소스 위치에서 수 μrad(마이크로 라디안)만큼 작은 각도 안정성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
소스 위치설정을 안정화하기 위한 종전의 방법은 IR 구동 레이저 상의 계측을 수반하였다. 그러나, 이는 간접적인 측정이며, SXR의 소스 위치설정 및 빔 포인팅은 가스 제트에 있어서의 불안정성(밀도 변동, 난류, 플라즈마)에 영향을 받아 IR 상에서의 진단에 의해 캡처되지 않는 요동이 생길 수 있다.
본 발명의 목적은 소스 빔 포인팅 요동(fluctuation)으로 인한 원시야 검출기 상의 고조파 스폿의 위치 요동 및/또는 소스 위치 요동으로 인한 타겟에 대해 상대적인 스폿의 위치 요동을 제거하거나 완화하려는 것이다.
본 발명은 방사선 소스에 의해 방출된 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 방법을 제공할 수 있고, 상기 조명 방사선 빔은 계측 장치에서 기판 상의 타겟 영역을 조사하기 위한 것이며, 상기 방법은:
(a) 기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트를 획득하는 단계 - 상기 제1 세기 데이터 세트는 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제1 방사선 빔의 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타냄 -;
(b) 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제2 방사선 빔의 상기 제1 픽셀화된 센서 또는 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 제2 세기 데이터 세트를 획득하는 단계; 및
(c) 상기 조명 방사선 빔의 상기 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리하는 단계를 포함하고,
상기 처리하는 단계는, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 조명 방사선 빔의 정렬 특성의 변화를 나타내는 신호 값을 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 제2 세기 데이터 세트는 상기 제2 방사선 빔의 상기 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 것이며, 단계 (a) 및 (b)는 동시에 수행된다.
일 실시예로서, 상기 제2 세기 데이터 세트는 상기 제2 방사선 빔의 상기 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 것이며, 단계 (a) 및 (b)는 시간상 순차적으로 수행된다.
일 실시예로서, 상기 제2 방사선 빔의 투영은 상기 제1 방사선 빔의 투영에 대하여 상대적으로 소정 거리만큼 위치가 상이하고;
상기 처리하는 단계는, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 거리를 나타내는 값을 계산하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 거리는 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 픽셀의 크기보다 작다.
일 실시예에서, 상기 처리 단계는:
상기 제1 세기 데이터 세트로부터 상기 제2 세기 데이터 세트를 감산하여 차분 행렬을 획득하는 단계;
제1 세기 데이터 세트의 세기의 구배(gradient)를 계산하여 제1 구배 행렬을 획득하는 단계;
상기 차분 행렬과 상기 제1 구배 행렬의 성분별 곱셈을 수행하여 제1 신호 행렬을 획득하는 단계; 및
상기 제1 신호 행렬의 성분들을 합산하여, 상기 제2 방사선 빔의 투영의, 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 평면에서 제1 축을 따른 제1 좌표로의 병진이동을 나타내는 제1 신호 값을 획득하는 단계를 포함한다.
방법은 또한 툴 구성에 따라 상기 제1 좌표에 대해 좌표 병진이동을 수행하여 제1 소스 좌표를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 소스 좌표는 상기 방사선 소스의 위치를 규정하는 것이다.
방법은 또한, 제1 세기 데이터 세트의 세기의 제2 구배를 계산하여 제2 구배 행렬을 획득하는 단계;
상기 차분 행렬과 상기 제2 구배 행렬의 성분별 곱셈을 수행하여 제2 신호 행렬을 획득하는 단계; 및
상기 제2 신호 행렬의 성분들을 합산하여, 상기 제2 방사선 빔의 투영의, 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 평면에서 제2 축을 따른 제2 좌표로의 병진이동을 나타내는 제2 신호 값을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 제1 축은 상기 제2 축에 실질적으로 수직이다.
방법은 또한 툴 구성에 따라 상기 제2 좌표에 대해 좌표 병진이동을 수행하여 제2 소스 좌표를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 소스 좌표는 상기 방사선 소스의 위치를 규정하는 것이다.
일 실시예로서, 세기 데이터를 획득하는 단계는 제1 주기적 구조체에 의해 회절된 방사선 빔을 검출하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 제1 주기적 구조체는 방사선을 적어도 제1 양의 회절 차수 및 제1 음의 회절 차수로 회절시키도록 배열되고, 상기 제1 방사선 빔은 상기 제1 양의 회절 차수로 회절된 방사선을 포함하고, 제2 방사선 빔은 상기 제1 음의 회절 차수로 회절된 방사선을 포함한다.
일 실시예로서, 상기 제1 주기적 구조체는 방사선을 제2 회절 차수로 회절시키도록 배열되고, 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트는 상기 제2 회절 차수로 회절된 방사선을 검출함으로써 획득되는 것이다.
일 실시예로서, 상기 제1 픽셀화된 센서는 상기 제1 주기적 구조체의 원시야(far-field)에 있다.
일 실시예로서, 제2 픽셀화된 센서는 상기 제1 주기적 구조체의 원시야에 있다.
일 실시예로서, 방사선 소스는 고 고조파 생성(HHG) 소스이고, 상기 조명 방사선 빔은 복수의 방사선 고조파를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 방사선 소스는 기판 상의 타겟 영역이고, 상기 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 상기 타겟 영역에 의해 반사된 방사선이다.
일 실시예로서, 상기 타겟 영역은 상기 기판 상에 형성된 기판 주기적 구조체를 포함하고, 상기 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 상기 기판 주기적 구조체에 의해 회절되는 방사선이다.
일 실시예로서, 조명 방사선 빔은 상기 기판 주기적 구조체에 의해 0차 회절 차수로 회절된 방사선 빔이다.
일 실시예로서, 하나 이상의 정렬 특성은 상기 조명 방사선 빔의 위치를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 하나 이상의 정렬 특성은 상기 조명 방사선 빔의 방사선 소스로부터의 전파 방향을 포함한다.
일 실시예로서, 상기 제1 및 제2 방사선 빔은 방사선 소스 방출 스펙트럼의 전부가 아닌 일부를 형성하는 파장을 포함한다.
일 실시예에서:
단계 (a)는 하나 이상의 추가적인 제1 세기 데이터 세트를 획득하는 단계를 더 포함하며, 상기 추가적인 제1 세트 각각은 방사선 소스 방출 스펙트럼의 전부가 아닌 일부를 형성하는 다른 파장으로 구성된 방사선 빔을 나타내고;
단계 (b)는 하나 이상의 개개의 추가적인 제2 세기 데이터 세트를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 개개의 추가적인 제2 세트는 상기 다른 파장을 나타내며;
단계 (c)는, 상기 다른 파장과 관련된 하나 이상의 추가적인 정렬 특성을 결정하기 위해, 제1 세기 데이터 세트와 개개의 제2 세기 데이터 세트를 비교함으로써, 상기 추가적인 제1 세기 데이터 세트 및 상기 개개의 추가적인 제2 세기 데이터 세트를 처리하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예로서, 상기 파장 및 상기 다른 파장은 방사선 소스 방출 스펙트럼에서 방사선의 상이한 고조파를 포함한다.
방법은 상기 하나 이상의 추가적인 정렬 특성을 조합하여 하나 이상의 조합된 정렬 특성을 획득하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명은 또한 조명 방사선 빔을 안정화시키는 방법을 제공하는데, 이러한 방법은:
임의의 전술한 방법에 따라 상기 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 단계; 및
상기 정렬 특성 중 적어도 하나의 정렬 특성의 값을 상기 적어도 하나의 정렬 특성의 목표 값으로 조정하기 위해 상기 하나 이상의 정렬 특성을 사용하여 방사선 소스를 제어하는 단계를 포함한다.
조명 방사선 빔을 안정화시키는 방법은:
임의의 전술한 방법에 따라 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 단계 - 상기 하나 이상의 정렬 특성은 상기 조명 방사선 빔의 위치를 포함함 -; 및
상기 조명 방사선 빔의 위치를 목표 위치로 조정하기 위해 상기 결정된 위치를 사용하여 상기 방사선 소스를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
조명 방사선 빔을 안정화시키는 방법은:
임의의 전술한 방법에 따라 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 단계 - 상기 하나 이상의 정렬 특성은 조명 방사선 빔의 방사선 소스로부터의 전파 방향을 포함함 -; 및
상기 조명 방사선 빔의 전파 방향을 목표 전파 방향으로 조정하기 위해 상기 결정된 전파 방향을 사용하여 상기 방사선 소스를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 사용 단계는 폐루프 피드백을 제어 시스템에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 기판 상의 구조체의 특성을 결정하고 방사선 소스에 의해 방출된 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 데에 사용하기 위한 계측 장치를 제공하는데, 이러한 장치는:
조명 방사선 빔을 생성하기 위한 조사 시스템;
기판 지지체에 의해 유지되는 상기 기판의 타겟 영역 상에 형성된 주기적 구조체를 조사(irradiating)하기 위해 상기 조사 시스템과 함께 동작 가능한 기판 지지체;
상기 주기적 구조체에 의해 회절된 방사선의 스펙트럼을 검출하기 위한 정반사 검출 브랜치 검출기; 및
하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는:
기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트를 획득하고 - 상기 제1 세기 데이터 세트는 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제1 방사선 빔의 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타냄 -;
상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제2 방사선 빔의 상기 제1 픽셀화된 센서 또는 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 제2 세기 데이터 세트를 획득하며;
상기 조명 방사선 빔의 상기 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리하도록 구성되고,
상기 처리하는 것은, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 조명 방사선 빔의 정렬 특성의 변화를 나타내는 신호 값을 계산하는 것을 포함한다.
장치는 주기적 구조체의 상류에서 상기 조명 방사선 빔의 방사선의 기준 스펙트럼을 검출하기 위한 기준 검출기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 구조체의 특성은 상기 방사선의 스펙트럼 및 상기 방사선의 기준 스펙트럼으로부터 결정된다.
일 실시예에서, 상기 정반사 검출 브랜치 검출기는 상기 제1 픽셀화된 센서를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 기준 검출기는 상기 제1 픽셀화된 센서를 포함한다.
장치는 또한, 상기 정렬 특성 중 적어도 하나의 정렬 특성의 값을 상기 적어도 하나의 정렬 특성의 목표 값으로 조정하기 위해 상기 조사 시스템 및 상기 기판 지지체 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 프로세서는 전술한 임의의 방법을 수행하도록 구성된다.
본 발명은 또한 전술한 계측 장치를 포함하는 리소그래피 셀을 제공한다.
본 발명은 또한, 명령이 기록된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하며, 명령은 컴퓨터에 의해 실행될 때, 본 명세서의 위에서 기술한 방법을 구현한다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예에 관해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
이제 본 발명의 실시예에 관해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 계측 장치의 일부의 개략도이다.
도 2는 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위한 방법의 실시예의 단계의 흐름도를 도시한다.
도 3은 센서 상으로의 방사선 빔의 투영을 도시한 도면이다.
도 4a는 픽셀화된 센서 상의 방사선 빔의 투영을 도시한 도면이다.
도 4b는 픽셀화된 센서 상에서 시프트된 방사선 빔의 투영을 도시한 도면이다.
도 5은 차분 행렬을 나타낸다.
도 6은 구배 행렬을 나타낸다.
도 7은 신호 행렬을 나타낸다.
도 8은 신호 Sx가 픽셀 X에 대해 도시된 그래프를 나타낸다.
도 9는 기준 격자로부터의 원추형 회절을 도시한 도면이다.
도 10은 근시야 및 원시야 검출기를 갖는 기준 브랜치의 일부를 도시한 도면이다.
도 11은 HHG 소스를 갖는 계측 장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 12은 리소그래피 장치의 개략도이다.
도 13는 리소그래피 셀의 개략도이다.
도 14은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 15는 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1은 일 실시예에서 사용될 수 있는 계측 장치(2)(또는 검사 장치(2))의 일부를 도시한다. 조사 시스템(4)(예를 들어, HHG 소스)은 주파수의 스펙트럼을 갖는 방사선을 함유하는 조명 방사선 빔(6)을 제공하는 소스(3)를 제공한다. 계측 시스템(2)에 사용될 수 있는 HHG 소스는 2016년 11월 11일자로 출원된 EP16198346.5 및 우선 일자가 2016년 4월 28일인 PCT/EP2017/058771에 기술되어 있으며, 이들 출원의 내용은 원용에 의해 본원에 포함된다. 조사 시스템(4)이 HHG 소스인 경우, 방출 스펙트럼은 가스 제트로 생성되는 IR 구동 레이저의 주파수의 홀수 고조파를 포함한다. 홀수 고조파는 연질 X-선(SXR) 및/또는 극자외(EUV) 방사선일 수 있다. 본 문헌에서 연질 X-선(SXR)이라는 용어를 사용하는 경우 극자외(EUV) 방사선일 수도 있고 연질 X-선(SXR) 및 극자외선(EUV)의 조합일 수도 있다. IR 구동 주파수는 조명 방사선 빔(6)이 홀수 고조파(6)로만 구성되도록 필터(도시되지 않음)를 사용하여 필터링될 수 있다. 미러(5)는 조명 방사선 빔(6)을 본 명세서에서 기준 격자라고 하는 회절 격자(8)를 향해 반사시킨다. 기준 격자(8)(제1 주기적 구조체로 여겨질 수 있음)는 입사 방사선 빔(6)을 회절시킨다. 빔은 다양한 회절 각도에서 다수의 회절 차수로 회절된다. 고차 (>0) 회절 차수로 회절된 방사선 빔은 픽셀화된 센서를 포함하는 기준 검출기(10)에 의해 캡처된다. 기준 격자(8) 및 기준 검출기(10)는 기준 검출 브랜치 내에 있는 것으로 지칭될 수 있다. 0차 회절 차수로 회절된 방사선은 미러(11)에 의해, 기판 지지체(15) 상에 유지된 기판(14)의 타겟 영역(12) 상으로 축소되고(demagnified) 포커싱된다. 방사선은 타겟 영역(12)으로부터 회절된다. 타겟 영역(12)은 그 위에 형성된 기판 주기적 구조체를 포함할 수 있다. 제로 차수(16) 회절 방사선(정반사된 반사 방사선으로 지칭될 수 있음)은 또 다른 격자(18)(보다 일반적으로는 주기적 구조체의 일 유형으로 지칭될 수 있음) 상에 입사된다. 이러한 격자(18)는 계측 장치(2)의 정반사 검출 브랜치 내에 있는 것으로 지칭될 수 있다. 정반사 검출 브랜치는 빔 경로에서 기판(14)의 하류(이후)인 반면, 기준 검출 브랜치는 빔 경로에서 기판(14)의 상류(이전)이다. 격자(18)에 의해 회절된 방사선은 추가 신호 처리를 위해 픽셀화된 센서를 포함하는 또 다른 검출기(20)에 의해 캡처된다. 타겟 영역(12)으로부터 회절된 고차 차수의 방사선은 또한, 추가 신호 처리를 위해 픽셀화된 센서를 포함하는 검출기(22)에 의해 캡처된다. 타겟 영역(12)으로부터 회절된 고차 차수의 방사선을 검출하는 검출기(22)는 타겟 영역(12) 상에서의 SXR 방사선의 포커싱된 스폿에 대해 원시야에 있다. 검출기(22)는 고차 검출기(22)라 지칭될 수 있다. 둘 이상의 고차 검출기(22)가 제공될 수 있다.
동작 시에, 기준 검출기(10)는 기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트를 획득할 수 있다. 제1 세기 데이터 세트는 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서 상으로의 제1 방사선 빔의 투영을 나타낸다. 제1 방사선 빔은 기준 격자(8)에 의해 회절된 빔들 중 하나이다. 제1 방사선 빔은 소스 방출 스펙트럼의 일부, 예를 들어 단일 고조파 또는 몇 개의 고조파 방사선 또는 다른 파장을 포함한다. 후속하여 제2 세기 데이터 세트가 기준 검출기(10)로부터 획득된다. 제2 세기 데이터 세트는 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서 상으로의 제2 후속 방사선 빔의 투영을 나타낸다. 제2 후속 방사선 빔은 조명 방사선 빔(6)의 소스 방출 스펙트럼 중 제1 방사선 빔과 동일한 부분, 예를 들어 동일한 단일 고조파 방사선 또는 다른 파장을 포함한다. 주파수가 다른 방사선 빔은 회절 각도가 다르다(고차 회절의 경우). 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서 상의 스폿 위치를 비교하기 위해, 제1 세기 데이터 세트 및 제2 세기 데이터 세트는 동일한 주파수, 즉 소스 방출 스펙트럼의 동일한 부분을 갖는 개개의 방사선 빔의 투영을 나타내야 한다.
제1 및 제2 세기 데이터 세트는, 투영된 제1 및 제2 방사선 빔의, 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서 상에서의 위치 차이를 결정하기 위해 처리될 수 있다. 제1 빔과 제2 빔의 위치 차이, 즉 제1 빔에 대한 제2 빔의 투영의 병진이동을 나타내는, 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서 상에서의 제1 좌표 및 제2 좌표(x 및 y)를 결정하기 위해 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 비교할 수 있다. 이러한 차이는 조명 방사선 빔(6)의 정렬 특성의 변화, 예를 들어 병진이동(예컨대, 조명 방사선 빔이 기준 격자(8) 상에 입사되는 위치의 이동)을 나타낼 수 있다. 이것은 예를 들어 조사 시스템(4)의 소스(3)의 이동으로 인한 것일 수 있다. 소스(3)의 이동은 조사 시스템(4)의 가스-제트의 불안정성(밀도 변화, 난류, 플라즈마)에 기인할 수 있다. 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리함으로써, 조명 방사선 빔(6)의 하나 이상의 정렬 특성이 결정될 수 있다. 결정된 정렬 특성은 적어도 하나의 정렬 특성의 값을 목표 값으로 조정하기 위해 조사 시스템(4)을 제어하는 데에 사용될 수 있다. 목표 값은 조명 방사선 빔(6)의 목표 위치를 나타낼 수 있다.
제1 및 제2 소스 좌표를 획득하기 위해 제1 및 제2 좌표에 대해 좌표 병진이동이 수행될 수 있으며, 이는 본 실시예에서 소스(3)의 위치 변화에 관한 것이다. 이러한 좌표 병진이동은 툴 구성에 따라 수행될 수 있으며, 즉 계측 장치(2)의 특정 기하학적 구조에 의존할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 기준 격자(8)로부터 원시야에서 제1 및 제2 방사선 빔을 검출함으로써 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 획득한 경우, 위치 변화는 조명 방사선 빔(6)의 전파 방향의 변화(즉, 빔 포인팅의 변화)를 나타낼 수 있다. 조명 방사선 빔의 전파 방향은 조명 방사선 빔(6)의 또 다른 정렬 특성이다. 이하 추가로 설명하는 바와 같이, 결정된 정렬 특성은 조사 시스템(4) 및/또는 다른 컴포넌트를 제어하기 위해 피드백 루프에서 사용될 수 있는데, 예를 들면 계측 장치(2)의 미러(5 및 11)의 틸트의 위치 등이 있다. 이것은 기판(14)에 대한 조명 방사선 빔(6)의 이동을 감소시킬 수 있다. 일 예에서, 결정된 빔 포인팅은 조사 시스템(4)의 소스(3)에 의해 방출된 조명 방사선 빔의 각도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 즉, 조명 방사선 빔(6)의 전파 방향을 목표 전파 방향으로 조정하도록, 조사 시스템(4)을 제어하기 위해 결정된 전파 방향을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 소스 위치 및 빔 포인팅의 폐루프 제어에 사용될 수 있는 신호를 획득하기 위해 기준 격자(8)(및 정반사 검출 브랜치에 있는 격자(18))에 의해 분산된 광을 사용할 수 있다. 적합한 폐루프 제어 방법의 예는 우선 일자가 2016년 9월 14일인 PCT/EP2017/069506에 개시되어 있고, 그 출원의 내용은 원용에 의해 본원에 포함된다. 신호가 사용될 수 있는 다양한 방법뿐만 아니라 다수의 구현예가 있다. 빔 포인팅은 방사선 빔의 전파 방향을 지칭한다.
처리는, 제1 세기 데이터 세트로부터 제2 세기 데이터 세트를 감산하여 차분 행렬을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 차분 행렬의 각 성분은 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서의 한 픽셀을 나타내고, 성분의 값은 그 픽셀 상에 입사하는 제1 및 제2 방사선 빔의 세기의 차이를 나타낸다. 제1 세기 데이터 세트의 세기의 (공간적) 구배를 계산하여 제1 구배 행렬을 획득하게 된다. 제1 구배 행렬은 제1 방사선 빔의 투영의 x 또는 y(또는 센서 평면에서 임의 규정된 특정 좌표축)를 따른 세기의 공간적 구배를 나타낸다. 차분 행렬 및 구배 행렬은 제1 신호 행렬을 획득하기 위해(성분별 곱셈으로) 곱해진다. 신호 행렬의 각 성분은 합산되어 제1 신호 값을 획득하게 된다. 제1 신호 값은, 제2 방사선 빔의 (공간적 구배의 방향에 의존하는) 소정 축을 따른 제1 좌표로의 병진이동을 나타내는 스칼라 수이다. 이러한 좌표는 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서의 평면에 있고 축(예를 들어 x 또는 y)을 따른 제1 빔에 대한 제2 빔의 병진이동을 나타낸다. 이러한 축은 제1 구배 행렬을 획득하기 위해 제1 세기 데이터 세트의 공간적 구배가 취해지는 것과 동일한 축이다. 예를 들어, 제1 세기 데이터 세트의 구배가 x 축을 따라 취해진다면, 제1 신호 값은 x 축을 따른 좌표로의 병진이동을 나타낼 것이다. 그 다음으로, 이러한 단계들을 반복하지만 상이한 공간적 구배(예를 들면, y축을 따라)를 취함으로써, 동일한 제1 세기 데이터 세트 및 동일한 제2 세기 데이터 세트로부터 제2 신호 값이 획득될 수 있다. 제2 구배 행렬은 또한(동일한) 차분 행렬과 곱하여 제2 신호 행렬을 획득하게 된다. 제2 신호 행렬의 각 성분은 합산되어 제2 신호 값을 획득하게 된다. 제2 신호 값은, 제2 방사선 빔의 소정 축을 따른 제2 좌표로의 병진이동을 나타내는 스칼라 수이다. 제2 좌표는 또한 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서의 평면에 있다. 바람직하게는, 제2 신호 값은 제1 신호 값이 병진이동을 나타내는 축에 수직 또는 실질적으로 수직인 축을 따른 병진이동에 관한 것이다. 이들 신호 값은 제1 및 제2 방사선 빔의 위치와 직접적으로 관련되어 있지만, 제1 및 제2 빔이 비롯된 조명 방사선 빔(6)의 정렬 특성의 변화를 또한 나타낸다. 예를 들어, 조명 방사선 빔(6)의 전파 방향의 변화 또는 병진이동은 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서 상에서의 제2 방사선 빔의 병진이동을 야기하며, 이는 신호 값으로 표시된다.
제1 및 제2 신호 값은 예를 들어 제어 시스템(21)에 대한 폐루프 피드백에서 사용될 수 있다. 제어 시스템(21)은 조명 빔에 의해 조사된 타겟 영역(12)에 대한 조명 방사선 빔(6)의 요구되는 정렬 특성을 달성하기 위해 계측 장치(2)의 하나 이상의 컴포넌트(예를 들어, 조사 시스템(4))를 제어할 수 있다. 즉, 제어 시스템은 조명 방사선 빔(6)의 정렬 특성 중 적어도 하나의 값을 목표 값으로 조정하기 위해 계측 장치의 하나 이상의 컴포넌트를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서 상에서의 제1 및 제2 방사선 빔의 투영의 위치 차이를 최소화하도록 구성될 수 있다. 이는 조명 방사선 빔(6)의 위치를 목표 위치로 조정하기 위해 조사 시스템(4)을 제어함으로써 달성될 수 있다. 타겟 위치는 기판(14)의 타겟 영역(12) 상에 또는 기준 격자(8) 상에 규정될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 추가적인 제1 세기 데이터 세트가 획득되는데, 이들 각각은 소스 방출 스펙트럼의 상이한 부분(즉, 조명 방사선 빔(6)의 다른 파장)을 포함하는 방사선 빔의 투영을 나타내는 것이다. 예를 들어, 각각의 방사선 빔은 방사선 소스의 방출 스펙트럼에서 상이한 고조파의 방사선으로 이루어질 수 있다. 개개의 추가적인 제2 세기 데이터 세트가 또한 획득된다. 추가적인 제2 세기 데이터 세트는 대응하는 방사선 빔, 즉 소스 방출 스펙트럼의 동일한 부분으로 이루어진 방사선 빔(즉, 상기 다른 파장)의 투영을 나타낸다. 예를 들어, 추가적인 제1 세기 데이터 세트 중 하나가 3차 고조파의 방사선으로 이루어진 방사선 빔의 투영을 나타내는 경우, 획득된 개개의 추가적인 제2 세기 데이터 세트는 후속적으로 검출되는 3차 고조파를 나타낸다. 각각의 제1 세기 데이터 세트 및 대응하는 제2 세기 데이터 세트는, 조명 방사선 빔(6)의 파장 의존 정렬 특성을 결정하기 위해, (임의의 다른 제1 및 제2 세기 데이터 세트와는) 별개로 처리될 수 있다. 대안적으로, 하나의 제1 세기 데이터 세트 및 대응하는 제2 세기 데이터 세트를 처리함으로써 결정되는 정렬 특성은, 하나 이상의 조합된 정렬 특성을 획득하기 위해, 하나 이상의 다른 제1 세기 데이터 세트 및 대응하는 제2 세기 데이터 세트를 처리함으로써 결정되는 하나 이상의 추가적인 정렬 특성과 조합(예를 들어, 평균화)될 수 있다. 예를 들어, 픽셀화된 센서 상의 각각의 투영된 제2 빔과 관련된 병진이동은 평균화되어 조명 방사선 빔의 평균적인 병진이동을 획득할 수 있다. 상이한 고조파들의 사용에 더하여, 상이한 플라즈마 방출 피크들이 전술한 고조파들과 유사한 방식으로 서로 구별되는 소스, 예를 들어 DPP 소스를 사용하는 것도 가능하며, 또는 동일한 효과를 달성하는 임의의 다른 유형의 소스가 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트는 이전에 수행된 후 저장된 교정 측정으로부터 획득될 수 있다. 즉, 제2 세기 데이터 세트(및 개개의 추가적인 제2 세기 데이터 세트)가 인시튜로(계측 장치의 통상적인 작동 중에) 획득되는 반면, 제1 세기 데이터 세트(및 추가적인 제1 세기 데이터 세트)는 저장된 위치(예를 들어, 컴퓨터 메모리)로부터 획득될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 세기 데이터 세트 및 제2 세기 데이터 세트는 또한 픽셀화된 센서를 포함하는 고차 검출기(22)로부터 획득될 수도 있다. 이하의 설명에서는 오직 하나의 고차 검출기(22)가 언급되지만, 둘 이상의 고차 검출기가 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 기판(14)의 타겟 영역(12) 상에 입사하는 조명 방사선 빔(6)은 기준 격자(8)의 0차 회절 차수이다. 기준 격자(8)는 보다 일반적으로 제1 주기적 구조체라 지칭될 수 있다. 타겟 영역(12)은 입사하는 방사선 빔(6)을 회절시키는 주기적 구조체(기판 주기적 구조체로 여겨질 수 있음)를 포함할 수 있다. 방사선 빔은 고차 검출기(22)에 의해 검출되는 고차 차수(>0)로 회절된다. 일 실시예에서, 제1 세기 데이터 세트는 고차 검출기(22)의 픽셀화된 센서 상으로의 제1 방사선 빔의 투영을 나타내고, 제2 세기 데이터 세트는 고차 검출기(22)의 픽셀화된 상으로의 제2 후속 방사선 빔의 투영을 나타내며, 이들은 시간상 순차적으로 획득된다. 제1 및 제2 세기 데이터 세트는, 조명 방사선 빔(6)의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하도록 처리될 수 있다. 조명 방사선 빔은 기판(14)에 의해 산란되었기 때문에, 정렬 특성은 또한 기판(14)과 관련된다. 예를 들어, 기판 지지체(15)에 있어서의 회전 이동 또는 불안정성은 기판(14) 상에서의 조명 방사선의 입사각의 변화를 야기할 수 있고, 이는 결과적으로 고차 검출기(22)의 픽셀화된 센서 상에서의 제1 빔의 투영에 대한 제2 빔의 투영의 위치/좌표의 병진이동을 야기할 수 있다. 따라서, 결정된 정렬 특성은 조사 시스템(4)뿐만 아니라 기판 지지체(15)를 제어하는 데 사용될 수 있다. 다시, 제1 및 제2 소스 좌표(이 경우에 소스는 기판(14) 상의 타겟 영역(12)임)는 툴 구성에 따른 좌표 병진이동에 의해 획득될 수 있다.
제어 시스템(21)은 기판 지지체(15)의 이동과 입사 방사선 빔(6)의 이동을 구별할 수 있다. 기준 격자(10)를 사용하여 획득된 측정은 입사 방사선 빔(6)의 이동만을 나타내는 반면, 고차 검출기(22)를 사용하여 획득된 측정은 입사 방사선 빔(6)의 이동 및 기판(14)의 이동 모두를 나타낸다. 따라서, 제어 시스템(21)은 기준 검출기(10)를 사용하여 획득된 측정과 고차 검출기(22)를 사용하여 획득된 측정을 비교함으로써 입사 방사선 빔(6)의 이동과 기판 지지체(15)의 이동을 구별할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 및 제2 세기 데이터 세트는 (격자(18) 및 검출기(20)를 포함하는) 정반사 검출 브랜치의 검출기(20)(픽셀화된 센서를 포함함)로부터 획득될 수 있다. 이러한 검출기(20)는 정반사 검출 브랜치 검출기(20)라 지칭될 수 있다. 이 실시예에서, 조명 방사선 빔은 기판(14)의 0차 회절이다. 즉, 회절 격자(18)(제1 주기적 구조체로 여겨질 수 있음) 상에 입사되는 조명 방사선 빔은 기판(14)의 타겟 영역(12)으로부터 반사된다. 타겟 영역(12)은 그 위에 형성된 기판 주기적 구조체를 포함할 수 있다. 조명 방사선 빔은 제1 주기적 구조체(18)(회절 격자(18))에 의해 상이한 회절 각도를 갖는 다수의 회절 차수로 회절될 수 있다. 제1 세기 데이터 세트는 정반사 검출 브랜치 검출기(20)의 픽셀화된 센서 상으로의 제1 방사선 빔의 투영을 나타내고, 제2 세기 데이터 세트는 정반사 검출 브랜치 검출기(20)의 픽셀화된 상으로의 제2 후속 방사선 빔의 투영을 나타내며, 이들은 시간상 순차적으로 획득된다. 제1 및 제2 세기 데이터 세트는, 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하도록 처리될 수 있다. 조명 방사선 빔이 정반사 검출 브랜치 검출기(20)에 의해 회절 및 캡처되기 전에 계측 장치(2)의 여러 상이한 부분/컴포넌트와 상호작용(그로부터 산란)한 것이기 때문에, 결정된 정렬 특성은 조사 시스템(4), 기판(14), 및 빔 경로 내의 다른 컴포넌트에 관한 것이다. 이러한 실시예는 기판 지지체(15)를 제어함으로써 기판(14)의 오정렬을 정정하는 데 특히 유용할 수 있다. 조명 방사선 빔의 위치와 전파 방향을 목표 위치와 목표 전파 방향으로 조정하도록, 조명 방사선 빔의 결정된 정렬 특성이 기판 지지체(15)를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 그에 따라, 기판(14)의 타겟 영역(12)을 조사하는 방사선 빔의 스폿 위치 및 입사각이 제어될 수 있다.
본 명세서의 목적상, "방사선 소스"는 임의의 방사선 방출기를 지칭할 수 있으며, 방사선을 생성하는 조사 시스템(예를 들어, HHG 소스)에 제한되는 것이 아니다. 따라서, "방사선 소스"는 또한 방사선 빔을 반사시키는 기판(14)을 지칭할 수도 있고, 이러한 맥락에서 "방출된 방사선 빔"은 기판(14)에 의해 반사된 방사선 빔이다.
그 작동 원리는, HHG 고조파 피크가 1) 스펙트럼적으로 협소하고 2) 광을 캡처하는 데 사용되는 검출기의 픽셀과 동일한 크기 규모의 스폿으로 포커싱될 수 있다는 사실을 활용하는 것이다.
본 명세서에 설명된 실시예는 계측 장치(또는 계측 툴), 보다 구체적으로는 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 결정하는 데 사용되는 계측 장치에 관해 언급하고 있지만, 이 방법은 다른 유형의 검사 장치 및 다른 특성 및 파라미터를 결정하는 데 보다 광범위하게 적용 가능하다. 유사하게, HHG 소스의 사용이 특정한 이점을 제공하지만, 본 발명은 HHG의 사용에 제한되지 않고 대안적인 조사 시스템(예를 들어, 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스, 방출 생성 플라즈마(DPP) 소스, 또는 싱크로트론)에 적용될 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 방법의 단계들을 나타낸다. 방법은: 1) 기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트를 획득하는 단계 - 상기 제1 세기 데이터 세트는 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제1 방사선 빔의 (검출기의) 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타냄 -(도 2에서 단계 S1으로 지칭됨); 2) 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제2 방사선 빔의 상기 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 제2 세기 데이터 세트를 획득하는 단계(도 2에서 단계 S2로 지칭됨); 및 3) 상기 조명 방사선 빔의 상기 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리하는 단계를 포함하고, 상기 처리하는 것은, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 조명 방사선 빔의 병진이동을 나타내는 신호 값을 계산하는 것을 포함한다(도 2에서 단계 S3로 지칭됨). 변형된 방법(하기에서 추가로 설명함)에서, 단계 S1 및 S2는 서로 상이한 검출기를 사용하여 동시에 수행될 수 있다.
도 3은, 기준 검출기(10) 상에 포커싱되면 단일 고조파가 어떻게 보일 수 있는지에 대한 현실적인(그러나 이러한 목적을 위해 단순화된) 예를 도시한다. 이미지는 검출기(예를 들어, 기준 검출기(10))의 픽셀화된 센서 상에 투영된 단일 고조파를 포함하는 방사선 빔을 나타낸다. 이러한 예의 나머지 부분에서는 단지 하나의 고조파만 고려되지만, 동일한 원리가 전체 스펙트럼에 적용된다. 예를 들어, 설명된 방법은 검출기 상에 투영된 각각의 고조파에 적용될 수 있다.
도 4a는 검출기의 픽셀화된 센서의 픽셀들을 고려할 때 이러한 이미지가 실제로 어떻게 보이는지를 나타낸다. 센서는 각각의 픽셀에 입사되는 광의 세기를 측정하고, 행렬을 포함하는 세기 데이터 세트를 출력한다. 행렬의 각 성분은 픽셀화된 센서의 한 픽셀을 나타내며(픽셀에 대응), 해당 성분의 값은 해당 픽셀에 입사되는 광의 세기를 나타낸다.
기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서가 필드 평면에 있기 때문에, 방사선 소스(3)가 변위되면(예를 들어, 위치 요동을 겪는 경우), 기준 검출기의 픽셀화된 센서 상의 방사선 빔의 스폿이 변위되어 도 4b에 도시된 바와 같은 이미지가 된다. 기준 검출기(10)의 픽셀화된 센서 상에서의 스폿의 이동은, 계측 장치의 축소율과 동일한 인자만큼 기판(14) 상에서의 스폿의 이동보다 작다. 캡처될 필요가 있는 변위는 작을 수 있다: 기준 검출기(10)와 목표 영역(12) 사이의 축소율은 예를 들어 4배이며, 이 경우 타겟 영역에서 50nm의 위치 변화를 측정하기 위해서는 기준 검출기의 픽셀화된 셍서 상에서 200nm 분해능이 요구된다. 이것은 한 픽셀의 일부분, 예를 들어 픽셀 너비의 1/50이다. 이러한 효과를 사용하여 제어 루프에서 사용할 신호를 생성하기 위해서, 요구되는 서브픽셀 분해능을 달성할 수 있는 알고리즘이 제안된다. 이러한 알고리즘은 기준 검출기(10)를 사용하여 획득된 측정과 관련하여 설명된다. 그러나, 알고리즘은 다른 검출기, 예컨대 전술한 다른 검출기(20, 22) 또는 후술하는 다른 검출기를 사용하여 획득된 측정에 사용될 수도 있다.
a) 기준 검출기(10)의 0차 이미지를 I0라고 한다. 이러한 0차 이미지는 제1 세기 데이터 세트이다. 0차 이미지는 타겟 측정의 시작 시에 (즉, 획득 기간의 시작 시에) 또는 알고리즘이 실행될 때마다 새로 획득될 수 있다. 대안적으로, 0차 이미지는 이전에, 예를 들어 이전의 타겟 측정 동안 또는 교정 측정 동안 획득된 것일 수 있으며, 이 경우 동일한 0차 이미지가 알고리즘에 의해 여러 번 사용될 수 있다. 교정 측정은 주기적으로(예를 들어, 매주 또는 매월) 반복되어 새로운 0차 이미지를 생성할 수 있다.
b) 타겟 측정 내의 시간 간격으로, 기준 검출기(10)로부터 프레임이 획득되고, 이는 k차 이미지의 경우 이미지 I(tk)이다. 각 이미지 I(tk)는 제2 세기 데이터 세트이다. 제1 및 제2 세기 데이터 세트는 이러한 예에서 시간상 순차적으로 획득된다. 둘 이상의 검출기가 사용되는 경우(예를 들어, 아래에 더 설명되는 바와 같이), 제1 및 제2 세기 데이터 세트는 대안적으로 동시에 획득될 수 있다.
c) 첫째로, 예를 들면 도 4a 및 4b에 도시된 데이터에 대하여 도 5에 나타낸 바와 같이, 전체-세기 정규화 이미지 I0' 및 I'(tk)로부터 차분 행렬 M(tk) = I0'-I'(tk) 이 취해진다. 도 4a의 이미지는 I0로 간주될 수 있고, 도 4b의 이미지는 I(tk)로 간주될 수 있다. M(tk)는 제2 세기 데이터 세트 I(tk)로부터 제2 세기 데이터 세트 I0 를 감산함으로써 획득된 차분 행렬이다.
d) 둘째로, 0차 행렬 I0 로부터 X 및 Y 방향의 구배 행렬 Gx 및 Gy 이 만들어진다. Gx 는 x 축을 따라 제1 세기 데이터 세트의 공간적 구배를 취함으로써 획득된 제1 구배 행렬이고, Gy 는 y 축을 따라 제1 세기 데이터 세트의 공간적 구배를 취함으로써 획득된 제2 구배 행렬이다. 도 6은 현재의 예에 대한 제1 구배 행렬 Gx 를 보여준다(제2 구배 행렬 Gy 는 도시되지 않음).
E) M(tk)와 Gx의 성분별 곱에 대해 모든 픽셀(행렬 성분)에 걸쳐 합산함으로써 신호 값 Sx(tk)가 계산된다:
Sx(tk) = SUM_ij(Gx_ij * M_ij(tk)),
여기서 i와 j는 전체 이미지의 픽셀 인덱스이다. 즉, i와 j는 행렬의 성분 인덱스이다. 도 7은 제1 구배 행렬 Gx 과 차분 행렬 M(tk)의 곱을 나타낸 것이며, 이는 제1 신호 행렬로 지칭된다. 대응하는 방식으로, 신호 Sy(tk)(미도시)가 구성될 수 있다.
f) 제1 및 제2 신호 값(Sx 및 Sy)은 기준 검출기(10)의 평면에서의 X 및 Y 좌표에 대응한다. 툴 구성에 따른 좌표 병진이동은 소스의 X' 및 Y' 좌표에서 이러한 신호의 해석으로 이끈다. 좌표 병진이동을 고려할 때 중요한 방향은 전파 방향과 직교하는 방향이다. SXR 생성 시점에서 이러한 방향은 직교하는 X 및 Y 좌표, 예를 들어 랩(lab)/팹(fab)의 수평 및 수직 평면에 의해 나타낼 수 있다. 센서/카메라 상의 픽셀 그리드는 각각 수평 및 수직 선에 대해 X'및 Y'로 표현될 수 있다. 웨이퍼 레벨에서, 예를 들어 각각 자오면과 시상면에 있는 좌표 X''와 Y''를 사용할 수 있다. 그런 다음 세 개의 좌표 세트(즉, X, Y 및 X', Y'및 X'', Y'')는 간단한 회전 행렬에 의해 서로 변환될 수 있다. (X, Y) 좌표에서 D의 변위가 다른 좌표계에서 변위 A * D로 이어진다는 사실을 설명하기 위해 여분의 진폭 A가 행렬에 추가될 수 있다. 'A'는 X/Y에 의존하게 될 수 있다.
구배 행렬과 차분 행렬의 성분별 곱셈(위에서 단계 e))은 신호 행렬(도시되지 않음)을 제공한다. 신호 값 Sx 또는 Sy 는 신호 행렬의 각 성분의 값(세기)의 합이다. 신호 값 Sx 또는 Sy 는 (제2 세기 데이터 세트로 표현되는) I(tk) 이미지를 형성하도록 픽셀화된 센서 상에 투영된 빔의 정렬 특성을 나타내는 단일 값이다. 즉, Sx 는 제1 방사선 빔에 대한 제2 방사선 빔의 x 축을 따른 병진이동을 나타내고, Sy 는 해당 제2 방사선 빔의 y 축을 따른 병진이동을 나타낸다.
신호의 견고성(robustness)을 검증하기 위해 Sx는, 측정된 고조파에 대한 예상된 광자 수에 대한 픽셀당 광자 샷 노이즈와, 최대 픽셀 세기의 1 %의 픽셀당 비상관 일정 백그라운드 노이즈를 합산하여, 변화하는 변위에 대한 시뮬레이션으로 계산되었다. 그 결과가 도 8에 도시되어 있다. 도 8은 픽셀 개수의 단위로 거리 x에 대해 제1 신호 값 Sx 를 도시한 것이다. x 축은 -0.4 내지 0.4 픽셀로서, 전체 축이 0.8 픽셀을 커버하게 되고, 즉 전체 픽셀의 크기/너비보다 약간 작다. 따라서, 도면으로부터, 정렬 특성의 작은 변화를 나타내는 매우 작은 병진이동조차도 결정될 수 있음을 알 수 있다. Sx와 이미지 변위 사이의 관계는 선형이며 제어 루프에서 쉽게 사용될 수 있다. 시뮬레이션에 훨씬 더 높은 수준의 노이즈가 적용될 수 있으면서도(예컨대, 샘플링 레이트 1/tk 를 증가시킴으로써), 한 픽셀의 1/50에 이르기까지 측정 정확도를 허용할 수 있도록 충분히 강한 관계를 제공한다. 이러한 분석은 고조파마다 수행될 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 의해 사용되는 신호 값은 파장에 따라 달라질 수 있다. 즉, 검출기의 픽셀화된 센서 상에 다수의 고조파 스폿이 있는 경우, 각각의 스폿은 추가적인 제1 세기 데이터 세트 또는 추가적인 제2 세기 데이터 세트를 나타낼 수 있다. 이러한 기본 구현예에는 어떠한 추가 하드웨어가 필요하지 않으므로 비용 효율적인 솔루션이다. 즉, 기판(14) 상의 구조체의 특성을 결정하기 위해 계측 장치(2)에서 이미 사용된 기준 검출기(10) 또는 정반사 검출 브랜치 검출기(20)가 전술한 실시예를 구현하기 위해 사용될 수 있다.
계측 장치(2)는 조명 방사선 빔(6)을 기판(14)의 타겟 영역(12) 상에 포커싱한다. 타겟 영역(12)은 리소그래피 프로세스에 의해 기판(14) 상에 형성된 격자 또는 다른 주기적 구조체일 수 있다. 빔(6)은 기판(14)에 의해 산란되고, 그 주파수 스펙트럼이 하나 이상의 검출기(20, 22)(개개의 픽셀화된 센서를 포함함)에 의해 캡처된다. 충분한 데이터가 획득된 후에, 즉 관심 있는 프로세스 파라미터가 측정으로부터 충분히 확립된 후에, 계측 장치(2)는 빔(6)을 새로운 타겟 영역으로 이동시키도록 제어되고, 프로세스가 반복된다. 각각의 타겟 영역(12) 상에서 소비된 시간은 획득 시간 또는 기간이라 지칭된다. 각각의 획득 기간(t0)이 시작될 때 제1 기준 데이터 세트 I0 가 획득될 수 있다. 그 다음에 획득 기간 동안 하나 이상의 추가적인 데이터 세트가 획득될 수 있으며, 이는 본원에서 기술된 바와 같이 I0 와 비교되어 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하게 된다. 빔(6)의 정렬 특성은 예를 들어 소스(3)(조사 시스템(4))의 정렬에 관한 것이다. 툴 구성에 따른 좌표 병진이동이, 방사선 빔의 결정된 위치로부터 계측 장치(2)의 컴포넌트의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 기준 이미지 I0 가 획득 기간 동안 시간간격을 두고 캡처될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제1 세기 데이터 세트 I0 는 제1 획득 기간 이전의 시간에 교정 동안 획득될 수도 있다. 교정이 주기적으로, 예를 들어 매주 또는 매월(또는 다른 주기로) 수행될 수 있다. 하나 이상의 제1 세트 I0 가 교정 중에 획득되어 저장될 수 있고, 그 후 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 타겟 측정 동안(측정 기간 동안) 액세스될 수 있다. 이를 통해 교정들 간의 정렬 속성의 변화가 결정될 수 있다.
데이터 세트가 획득되는 레이트(샘플링 레이트)는 시스템이 정렬 속성의 변화에 얼마나 빨리 적응할 수 있는지를 결정한다. 툴의 하나 이상의 컴포넌트는 주기적 교란을 겪을 수 있으며, 오류(aliasing)를 피하기 위해 높은 캡처 레이트가 사용될 수도 있다.
도 9는 평면 기준 격자 대신에 원추형 기준 격자(24)가 사용되는 실시예를 도시한다. 원추형 구성의 격자는 입사 빔이 반사(0차)되는 평면(자오면이라고도 함)이 격자 라인의 방향과 직교하지 않도록 위치한다. 원칙적으로 90도 이외의 임의의 다른 각도일 수 있지만 종종 이러한 각도는 0 도이다. 이 경우, 격자 라인은 자오면과 평행하다. 원추형 기준 격자(24)는 2개의 검출기(30, 32)(각각 제1 픽셀화된 센서 및 제2 픽셀화된 센서를 포함함)에 의해 캡처될 수 있는 +1 및 -1 회절 차수(26, 28)를 제공한다. 소스(3)의 (기준 검출기 상에서의 분산 방향으로) 측방향 시프트는 +1 및 -1 검출기(30, 32) 모두에서 비대칭 응답을 야기할 것이다. 이로써 0차 이미지 I0에 대한 필요성이 없어진다. 대신에, 2개의 검출기(30, 32) 사이의 차이가 밸런싱된(balanced) 광검출기에서와 같이 취해진다. 이러한 실시예에서, 제1 세기 데이터 세트는 제1 검출기(30)로부터 획득되고, 제2 세기 데이터 세트는 제2 검출기(32)로부터 획득된다. 제1 세기 데이터 세트는 제1 검출기(30)의 (제1) 픽셀화된 센서 상으로의 제1 방사선 빔의 투영을 나타내고, 제2 세기 데이터 세트는 제2 검출기(32)의 (제2) 픽셀화된 센서 상으로의 제2 방사선 빔의 투영을 나타낸다. 제1 방사선 빔은 제1 양의 회절 차수(+1)로 회절된 소스 방출 스펙트럼의 일부를 포함한다. 제2 방사선 빔은 소스 방출 스펙트럼의 동일한 부분을 포함하지만, 제1 음의 회절 차수(-1)로 회절된다. 예를 들어, 제1 세기 데이터 세트가 +1 회절 차수를 갖는 3차 고조파를 나타내는 경우, 제2 세기 데이터 세트는 -1 회절 차수를 갖는 3차 고조파이다. 이후 이러한 데이터 세트는 전술한 바와 같이, 예를 들어 단계 a) 내지 f)에서 처리될 수 있다. 단계 a)에서 0차 이미지 I0(제1 세기 데이터 세트)가 제1 검출기(30)로부터 획득된다. 단계 b)에서 k차 이미지 I(tk)가 제2 검출기(32)로부터 획득된다. 이후 단계 c) 내지 f)가 위에서 설명한 바와 같이 뒤따른다. 원추형 구성은 기본적으로 어떠한 0차 이미지(I0)도 없는 방식으로 사용될 수 있지만, 매 시간 순간(tk)마다 두 검출기 상의 이미지가 서로 차감된다. 대안적으로, 0차 이미지(I0)가 검출기(30)로부터 획득되는 것을 고려할 수 있지만, 매 시간 순간(tk)마다, 해당 검출기에 의해 새로운 I0가 제공되어 나머지 검출기(32)의 I(tk)와 함께 절차에서 사용된다. 2개의 상이한 검출기(30, 32)가 사용되기 때문에, 제1 및 제2 세기 데이터 세트가 동시에 획득될 수 있다.
비-분산 방향에서는, 변위가 +1 및 -1 검출기(30, 32)에 대해 대칭이며 0차 이미지가 여전히 필요하다. 즉, 제1 및 제2 방사선 빔이 동일한 방향으로 동일한 양으로(즉, 대칭적으로) 병진이동되면, 그들 사이의 임의의 차이가 상쇄된다. 그 대신, 각각의 검출기에는 이전의 시간에 캡처된(예컨대, 교정 동안 또는 획득 기간 시작 시에) 자신의 0차 이미지 I0 가 있을 수 있다. 그 다음에 처리는 각각의 검출기(30, 32)에 대해 개별적으로 수행될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 세기 데이터 세트가 제1 검출기(30)로부터 획득되어 처리되고, 상이한 제1 및 제2 세기 데이터 세트가 제2 검출기(32)로부터 획득되어 처리된다. 따라서, 비-분산 방향으로 조명 방사선 빔의 임의의 병진이동은 제1 및 제2 검출기(30, 32)로부터 동일한 제1 및 제2 신호 값을 생성해야 할 것이다(Sx 및 Sy).
계측 장치 구성은 밸런싱된 검출이 소스 요동에 가장 민감한 웨이퍼 평면에서의 방향을 측정하도록 적응될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에서 계측 장치의 기준 검출 브랜치의 셋업을 도시한다. (도 1에서 기준 검출 브랜치는 기준 격자(8) 및 기준 검출기(10)를 포함한다는 점을 상기할 것이다.) 도 10에서, 조명 방사선 빔(34)은 기준 격자(36)(제1 주기적 구조체로 간주될 수 있음)를 조명하고 0차 회절 차수(38), 제1 양의 회절 부분(40), 제1 음의 회절 부분(42), 제2 양의 회절 부분(44) 및 제2 음의 회절 부분(46)으로 회절된다. 0차 차수(38)로 회절된 빔은 (기판 상에 형성된 기판 주기적 구조체를 포함할 수 있는) 기판(48)의 타겟 영역 상에 포커싱된다. 고차 차수는 근시야(near-field) 검출기(50, 52)(기준 검출기의 예임) 및 원시야 검출기(54, 56)(제2 검출기로 지칭될 수 있음) 상에 입사된다. 격자의 회절 차수(44, 46)의 일부는 기준 검출기(50, 52)를 통과하고 원시야에서 제2 검출기(54, 56)에 의해 검출된다. 제2 검출기(즉, 원시야 검출기)(54, 56)에 의해 검출된 신호는 조명 방사선 빔(34)의 각도상 요동에 민감하다. 획득된 신호는 (원시야에서의 검출의 결과) 소스 위치설정이 아니라 빔 포인팅(즉, 전파 방향)을 나타낸다. 원시야에서의 파장 분해능은 방사선의 발산으로 인해 저하될 수 있다. 원시야에서 회절된 방사선의 스폿 크기는 제2 검출기(54, 56) 상에서의 세기 구배를 낮출 것이다. 그러나, 제2 검출기(54, 56)는 여전히 유용한 신호를 제공할 것이다. 가정되는 요구 정확도는 50 μm 의 스폿에 걸쳐 200 nm일 수 있으며(5개의 픽셀), 이는 이미지된 스폿의 1/250를 산출하게 된다. 관심있는 파장 영역 내의 광을 희생시키지 않기 위해, 기준 격자(36)로부터의 제2 회절 차수(+2, -2)가 사용될 수 있으며, 이는 1차 차수로부터 각도상으로 변위되고 기준 검출기(50, 52)를 지나 이러한 목적에 전용화된 제2 검출기(원시야 검출기)(54, 56)로 지향될 수 있다. 즉, 제2의 양의 부분(44)은 제2의 양의 회절 차수일 수 있고, 제2의 음의 부분(46)은 제2의 음의 회절 차수일 수 있다.
정반사 검출 브랜치에서 격자(18)에 대해 동일한 방법이 사용될 수 있고, 이로써 계측 장치(2)와 기판(14) 사이의 오정렬의 민감한 모니터링이 가능해진다. 즉, 이러한 방법은 정반사 검출 브랜치에서 검출기로부터 수신된 이미지/데이터에 적용될 수 있다. 이 방법은 기판 지지체(15)의 정렬 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 실시예의 검출기를 위한 신호는 소스(3)의 위치 및 조명 방사선 빔(6, 34)의 빔 포인팅을 최적화/안정화하기 위해 사용될 수 있다. 또한 데이터 분석에 있어서 툴 지식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판(14)의 틸트가 정반사 검출 브랜치에서 검출되면, 이것은 고차 검출기(22)로부터 수신된 신호를 정정하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 예는 고차 검출기(22)로부터 수신된 이미지의 시프트 또는 블러링을 야기하는 잔류 빔 포인팅 오차이다. 잔류 빔 포인팅 오차가 알려진 경우 시프트 또는 블러링의 영향을 줄일 수 있다.
도 11은 IR 구동(시딩) 레이저 빔(60) 및 HHG 소스(62), 미러(63), 기준 격자(64), 제1 검출기(66), 제2 검출기(68) 및 기판(70)을 구비한 계측 셋업(58)의 일부를 도시한다. IR 빔(60)은 HHG 소스(62)의 가스-제트(72)와 상호 작용하여 IR 방사선의 주파수의 홀수 배인 주파수를 갖는 다수의 방사선 고조파를 갖는 조명 빔을 생성하게 된다. 조명 빔은 기준 격자(64)에 의해 회절된다. 0차의 회절 광이 기판(70) 상에 입사된다. 고차 차수(적어도 1차)의 회절 광은 제1 및 제2 검출기(66, 68)에 의해 캡처된다. 이들 검출기는 각각의 픽셀화된 센서를 포함한다. 고차 회절 차수는 2개의 검출기(66, 68)의 픽셀화된 센서 상에 투영되는 상이한 방사선 고조파의 빔을 포함한다. 픽셀화된 센서 상에 투영된 빔을 나타내는 세기 데이터 세트는 검출기(66, 68)로부터 획득되어 조명 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하도록 처리될 수 있다. 특히 0차 이미지 I0(제1 세기 데이터 세트) 및 k차 이미지 I(tk) 는 검출기(66, 68) 중 하나 또는 양자 모두에 의해 캡처될 수 있고, 위에서 단계 a) 내지 f)에 설명된 바와 같이 처리될 수 있다.
제안된 방법은 다음의 장점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 그것은 저렴하고, IR 구동 레이저로부터의 간접적인 결과에 의존하는 대신에, 연질 X-선 관점으로부터 스폿-대-타겟 위치설정 및 빔 포인팅의 문제를 다루며, 이와 동시에 파장 의존적인 신호를 제공한다. 또한 툴 내의 두 스테이지(기준 및 정반사 검출)에서 위치 및 빔 포인팅 정보를 제공하여, 조사 시스템 및 툴(기판 지지체 포함)의 안정화 제어를 가능하게 한다.
이제 도 12 내지 14에 관해 설명하며, 이는 리소그래피 장치 및 셀과 반도체 제조에 사용되는 일부 핵심 기술에 관한 개요를 제공한다.
리소그래피 장치
본 명세서에 사용되는 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는, 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하여, 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는 데 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다; "광 밸브"라는 용어 또한 이와 관련하여 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과형 또는 반사형, 바이너리, 위상 시프팅, 하이브리드 등) 이외에 다른 패터닝 디바이스의 예는 다음과 같다:
- 프로그램 가능한 미러 어레이. 이러한 미러 어레이에 대한 추가 정보는 미국 특허 제5,296,891호 및 제5,523,193호에 제공되어 있으며, 이는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
- 프로그래밍 가능한 LCD 어레이. 이러한 구성의 예는 미국 특허 제5,229,872호에 제공되며, 이는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
도 12은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 위에서 논의된 기판 및/또는 웨이퍼 상에 존재하는 패턴은 리소그래피 장치(LA) 및 이후 논의되는 리소그래피 셀(LC)에 의해 제조될 수 있다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기로도 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결되는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(T), 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치설정하도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블 또는 기판 지지체)(WT); 및 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다. 리소그래피 장치(LA)의 특정 실시예는, 예를 들어 계측 장치(2)의 조명 브랜치에 부합하여, 기준 격자(8) 및 픽셀화된 센서를 포함하는 기준 검출기(10)를 포함하는 조명 시스템을 가질 수 있다. 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위한 방법의 상기 논의된 실시예는 또한 이러한 리소그래피 장치에서 사용될 수 있다. 결정된 정렬 특성은 폐루프 피드백을 제공하는 제어 시스템에서 사용될 수 있다. 제어 시스템은 예를 들어 제어 특성 소스(SO) 또는 조명 시스템(IL)을 제어할 수 있다. 대안적으로, 제어 시스템은 제1 및/또는 제2 위치설정기(PM, PW)를 제어할 수 있다.
동작 시에 조명기(IL)는, 예컨대 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위해 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 또는 기타 다른 유형의 광학 컴포넌트 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔(B)의 단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"(PS)이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적합하거나 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한 것으로서, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 애너모픽, 자기형, 전자기형 및 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"(PS)이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있고, 이는 또한 액침 리소그래피라 불린다. 액침 기법에 대한 추가 정보는 미국 특허 제6,952,253호 및 PCT 공개 문헌 WO99-49504 에 제공되어 있으며, 이는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개(듀얼 스테이지) 또는 그 이상의 기판 테이블(WT) 및 예컨대 둘 이상의 지지 구조체(T)(미도시)를 갖는 형태일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기기에서는 추가의 테이블/구조체를 병렬적으로 사용할 수 있으며, 또는 하나 이상의 다른 테이블을 기판(W) 상에 패터닝 디바이스(MA)의 디자인 레이아웃을 노광하기 위해 사용하면서 하나 이상의 테이블 상에서 준비 단계를 수행할 수 있다.
동작 시에 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(T)) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스(MA)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 거친 후에, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하게 되며, 투영 시스템(PS)은 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커싱한다. 제2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 다양한 타겟부(C)를 위치설정하도록 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 가능하게는 또 다른 위치 센서(도 1에는 명확히 도시되지는 않음)가 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치설정하기 위해 사용될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같은 기판 정렬 마크는 전용화된 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치할 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)로 알려져 있다).
리소그래피 셀
도 13에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있는데, 이는 때때로 리소 셀 또는 (리소) 클러스터라고도 하며, 종종 기판(W)에 노광 전 및 노광 후 프로세스를 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함하며, 이들은 예를 들어 기판(W)의 온도를 컨디셔닝하기 위한 것이며, 예컨대 레지스트 층에서 용매를 컨디셔닝하기 위한 것이다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)에 기판(W)을 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 리소셀 내의 이들 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 예컨대 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되도록, 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 패터닝된 구조체의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 검사 툴(미도시)이 리소 셀(LC)에 포함될 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch) 또는 로트의 다른 기판(W)이 노광되거나 처리되기 전에 검사가 수행된다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대해 또는 기판(W)에 대해 수행될 다른 처리 단계에 대해 조정이 이루어질 수 있다.
검사 장치(계측 장치라고도 칭할 수도 있음)가 기판(W)의 특성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연관되는 특성이 층마다 어떻게 달라지는지 또는 상이한 기판들(W)의 특성이 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 도 1에 도시된 계측 장치(2)의 일부를 포함할 수 있다. 기준 검출기(10)는 기판(14)의 상류에서(즉, 조명 빔이 기판(14)과 상호작용하기 전에) 조명 방사선 빔(6)의 방사선의 기준 스펙트럼을 측정하는 데에 사용될 수 있다. 정반사 검출 브랜치 검출기(20)는 기판(14)의 하류에서 방사선의 스펙트럼을 측정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 2개의 스펙트럼은 기판(14) 상의 구조체의 하나 이상의 특성을 결정하기 위해 비교 및 처리될 수 있다.
검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소 셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후 레지스트 층의 이미지) 또는 반잠상 이미지(노광후 베이크 단계(PEB) 이후 레지스트 층의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거됨), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭 등의 패턴 전사 단계 이후)에 대해 특성을 측정할 수 있다.
계측 장치는 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 전술한 실시예들 중 임의의 것에 따라 사용될 수 있으며, 여기서 조명 빔은 계측 장치에서 기판 상의 타겟 영역을 조사하기 위한 것이다.
홀리스틱 리소그래피
일반적으로 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 프로세스는 기판(W) 상에서의 구조체의 치수설정 및 배치의 높은 정밀도를 요구하는 처리에 있어서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위해 도 14에 개략적으로 도시된 바와 같이 3개의 시스템이 소위 "홀리스틱" 제어 환경으로 조합될 수 있다. 이들 시스템 중 하나는 계측 장치(MT)(제2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상으로) 연결된 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 핵심은 이들 3개의 시스템 사이의 협력을 최적화하여 전체적인 프로세스 윈도우를 향상시키고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 엄격한 제어 루프를 제공하는 것이다. 프로세스 윈도우는 특정 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성하게 되는 프로세스 파라미터(예를 들어, 선량, 포커스, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 일반적으로 이러한 윈도우 내에서 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터가 변화하도록 허용된다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 어떤 분해능 향상 기법을 사용할지를 예측하고 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 가장 큰 전체 프로세스 윈도우를 달성하는지를 결정하도록 컴퓨테이션 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행하기 위해 패터닝될 디자인 레이아웃(의 일부)을 사용할 수 있다(도 14에서 첫 번째 스케일 SC1에 양방향 화살표로 표시됨). 전형적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한, 예컨대 최적이 아닌 처리로 인해 결함이 존재할 수 있는지를 예측하기 위해, (예를 들어, 계측 장치(MT)로부터의 입력을 사용하여) 프로세스 윈도우 내의 어느 곳에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하는 중인지를 검출하기 위해 사용될 수도 있다(예를 들어, 도 14에서 두 번째 스케일 SC2에 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨). 컴퓨터 시스템(CL)은 계측 장치(MT)로부터 획득된 세기 데이터를 처리하여 기판 상의 타겟 영역을 조사하는 데 사용되는 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정할 수 있다. 계측 장치(MT)는 도 1에 도시된 계측 장치(2)의 일부를 포함할 수 있다.
계측 장치(MT)는 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하도록 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있고, 예를 들면 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있어서, 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다(도 14에서 세 번째 스케일 SC3에 다수의 화살표로 도시됨).
도 15은 본 명세서에 개시된 방법 및 흐름을 구현하는 데에 도움이 될 수 있는 컴퓨터 시스템(1600)을 예시하는 블록도이다. 컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 통신하기 위한 버스(1602) 또는 다른 통신 매커니즘과, 정보를 처리하기 위하여 버스(1602)와 커플링된 프로세서(1604)(또는 여러 프로세서들(1604 및 1605)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 의하여 실행될 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링되는, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 스토리지 디바이스와 같은 메인 메모리(1606)를 더 포함한다. 메인 메모리(1606)는 프로세서(1604)에 의하여 실행될 명령이 실행되는 도중에 일시적 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해서도 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 대한 정적 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링된 판독 전용 메모리(ROM)(1608) 또는 다른 정적 스토리지 디바이스를 더 포함한다. 정보 및 명령을 저장하기 위하여 자기적 디스크 또는 광학적 디스크와 같은 스토리지 디바이스(1610)가 제공되고 버스(1602)에 커플링된다.
컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 컴퓨터 사용자에게 디스플레이하기 위하여, 버스(1602)를 통해서 음극선관(CRT) 또는 평판 또는 터치 패널 디스플레이와 같은 디스플레이(1612)에 커플링될 수 있다. 영숫자 키와 다른 키들을 포함하는 입력 디바이스(1614)는 정보 및 커맨드 셀렉션을 프로세서(1604)로 통신하기 위하여 버스(1602)에 커플링된다. 다른 타입의 사용자 입력 디바이스는, 지시 정보와 커맨드 셀렉션을 프로세서(1604)로 통신하고 디스플레이(1612) 상에서의 커서 움직임을 제어하기 위한, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키와 같은 커서 콘트롤(1616)이다. 이러한 입력 디바이스는 통상적으로 두 개의 축인 제1 축(예를 들어, x)과 제2 축(예를 들어, y)에서 2-자유도를 가져서, 디바이스가 평면에서의 위치를 특정하게 한다. 터치 패널(스크린) 디스플레이가 입력 디바이스로서 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술된 방법 중 하나 이상은, 프로세서(1604)가 메인 메모리(1606) 내에 저장된 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 것에 응답하여, 컴퓨터 시스템(1600)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 명령들은 스토리지 디바이스(1610)와 같은 다른 컴퓨터-판독가능 매체로부터 메인 메모리(1606)로 독출될 수 있다. 메인 메모리(1606)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하면, 프로세서(1604)는 본 명세서에서 설명되는 프로세스 단계들을 수행하게 된다. 메인 메모리(1606)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하기 위하여, 다중 처리 장치 내의 하나 이상의 프로세서가 채용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 소프트웨어 명령 대신에 또는 이와 조합되어 유선 회로부가 사용될 수도 있다. 따라서, 본 명세서의 설명은 하드웨어 회로와 소프트웨어의 임의의 특정한 조합으로 한정되지 않는다.
"컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때 실행되도록 프로세서(1604)에 명령을 제공하는 데에 관여하는 임의의 매체를 지칭한다. 이러한 매체는 비-휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 전송 매체를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 수많은 형태를 취할 수도 있다. 비-휘발성 매체는 예를 들어, 스토리지 디바이스(1610)와 같은 광학적 또는 자기적 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(1606)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 전송 매체는 버스(1602)를 포함하는 와이어를 포함하는 동축 케이블, 구리 배선, 및 광섬유(fiber optics)를 포함한다. 전송 매체는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 음파 또는 광파의 형태를 띨 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 매체의 공통 형태는, 예를 들어 플로피 디스크, 가요성 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 및 임의의 다른 자기적 매체, CD-ROM, DVD, 임의의 다른 광학적 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀들의 패턴을 가진 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, 및 EPROM, FLASH EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 후술될 반송파, 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다.
다양한 형태의 컴퓨터 판독가능 매체들이, 실행을 위해 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 프로세서(1604)에 전달하는 것에 관여할 수 있다. 예를 들어, 명령들은 처음에 원격 컴퓨터의 자기적 디스크 상에 보유될 수도 있다. 원격 컴퓨터는 명령들을 자신의 동적 메모리 내로 로딩하고 명령들을 모뎀을 사용하여 전화선을 통해 전송할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)에 국소적인 모뎀은 전화선에서 데이터를 수신하고, 적외선 송신기를 사용하여 이러한 데이터를 적외선 신호로 변환한다. 버스(1602)에 커플링된 적외선 검출기는 적외선 신호에서 전달되는 데이터를 수신하고, 이러한 데이터를 버스(1602) 상에 배치할 수 있다. 버스(1602)는 데이터를 메인 메모리(1606)로 전달하며, 프로세서(1604)는 이로부터 명령들을 취출하고 실행한다. 메인 메모리(1606)에 의해 수신된 명령들은 프로세서(1604)에 의한 실행 이전에 또는 그 이후에 선택적으로 스토리지 디바이스(1610)에 저장될 수 있다.
컴퓨터 시스템(1600)은 버스(1602)에 커플링된 통신 인터페이스(1618)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 통신 인터페이스(1618)는 로컬 네트워크(1622)에 연결된 네트워크 링크(1620)로 양-방향 데이터 통신 커플링을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(1618)는 대응하는 타입의 전화선에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 종합 정보 통신망(ISDN) 카드 또는 모뎀일 수 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(1618)는 호환가능한 근거리 네트워크(LAN)에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 LAN 카드일 수 있다. 무선 링크가 구현될 수도 있다. 임의의 이러한 구현형태에서, 통신 인터페이스(1618)는 다양한 타입의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기적, 전자기적 또는 광학적 신호를 전송하고 수신한다.
네트워크 링크(1620)는 통상적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 디바이스로 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(1620)는 로컬 네트워크(1622)를 통해 호스트 컴퓨터(1624) 또는 인터넷 서비스 제공자(ISP)(1626)에 의하여 운영되는 데이터 장비로 연결을 제공할 수 있다. 그러면 ISP(1626)는, 현재 일반적으로 "인터넷(1628)"이라고 불리는 월드와이드 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 로컬 네트워크(1622)와 인터넷(1628) 양자 모두는 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기적, 전자기적 또는 광학적 신호를 사용한다. 컴퓨터 시스템(1600)으로의 또는 그로부터의 디지털 데이터를 전달하는, 다양한 네트워크들을 통과하는 신호와 통신 인터페이스(1618)를 통과하는 네트워크 링크(1620) 상의 신호는 정보를 수송하는 반송파의 예시적인 형태들이다.
컴퓨터 시스템(1600)은 네트워크(들), 네트워크 링크(1620), 및 통신 인터페이스(1618)를 통해서, 메시지를 전송하고 프로그램 코드를 포함하는 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷의 예에서, 서버(1630)는 애플리케이션 프로그램에 대한 요청된 코드를 인터넷(1628), ISP(1626), 로컬 네트워크(1622) 및 통신 인터페이스(1618)를 통해 송신할 수 있다. 하나의 이러한 다운로드된 애플리케이션은 예를 들어 본 명세서에서 기술된 기법 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(1604)에 의하여 실행되고, 및/또는 추후에 실행되도록 스토리지 디바이스(1610), 또는 다른 비-휘발성 스토리지에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨터 시스템(1600)은 애플리케이션 코드를 반송파의 형태로 획득할 수 있다.
프로세서(1604, 1605)는 계측 장치의 검출기 또는 검출기들로부터 획득된 데이터 세트를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 프로세서(1604, 1605)는 방사선 빔, 방사선 소스, 기판, 계측 장치 또는 그 하나의 컴포넌트 중 하나 이상의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 데이터 세트를 비교하는 단계 a) 내지 f)를 수행할 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는 주파수 스펙트럼을 측정하기 위해 사용된 검출기 또는 검출기들로부터 세기 데이터를 획득하기 위한 명령뿐만 아니라, 기술된 방법에 따라 이들을 처리하고 정렬 특성(예컨대, 빔/소스 위치)을 나타내는 신호 값을 출력하기 위한 명령을 저장한다.
추가의 실시예는 다음의 번호가 매겨진 조항으로 제공된다:
1. 방사선 소스에 의해 방출된 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 방법으로서, 상기 조명 방사선 빔은 계측 장치에서 기판 상의 타겟 영역을 조사하기 위한 것이며, 상기 방법은:
(a) 기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트를 획득하는 단계 - 상기 제1 세기 데이터 세트는 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제1 방사선 빔의 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타냄 -;
(b) 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제2 방사선 빔의 상기 제1 픽셀화된 센서 또는 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 제2 세기 데이터 세트를 획득하는 단계; 및
(c) 상기 조명 방사선 빔의 상기 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리하는 단계를 포함하고,
상기 처리하는 단계는, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 조명 방사선 빔의 정렬 특성의 변화를 나타내는 신호 값을 계산하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
2. 제1조항에 있어서, 상기 제2 세기 데이터 세트는 상기 제2 방사선 빔의 상기 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 것이며, 단계 (a) 및 (b)는 동시에 수행되는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
3. 제1조항에 있어서, 상기 제2 세기 데이터 세트는 상기 제2 방사선 빔의 상기 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 것이며, 단계 (a) 및 (b)는 시간상 순차적으로 수행되는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
4. 제3조항에 있어서,
상기 제2 방사선 빔의 투영은 상기 제1 방사선 빔의 투영에 대하여 상대적으로 소정 거리만큼 위치가 상이하고;
상기 처리하는 단계는, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 거리를 나타내는 값을 계산하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
5. 제4조항에 있어서, 상기 거리는 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 픽셀의 크기보다 작은, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
6. 제1조항 내지 제5조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 처리하는 단계는:
상기 제1 세기 데이터 세트로부터 상기 제2 세기 데이터 세트를 감산하여 차분 행렬을 획득하는 단계;
제1 세기 데이터 세트의 세기의 구배(gradient)를 계산하여 제1 구배 행렬을 획득하는 단계;
상기 차분 행렬과 상기 제1 구배 행렬의 성분별 곱셈을 수행하여 제1 신호 행렬을 획득하는 단계; 및
상기 제1 신호 행렬의 성분들을 합산하여, 상기 제2 방사선 빔의 투영의, 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 평면에서 제1 축을 따른 제1 좌표로의 병진이동을 나타내는 제1 신호 값을 획득하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
7. 제6조항에 있어서, 상기 방법은 툴 구성에 따라 상기 제1 좌표에 대해 좌표 병진이동을 수행하여 제1 소스 좌표를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 소스 좌표는 상기 방사선 소스의 위치를 규정하는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
8. 제6조항 또는 제7조항에 있어서, 제1 세기 데이터 세트의 세기의 제2 구배를 계산하여 제2 구배 행렬을 획득하는 단계;
상기 차분 행렬과 상기 제2 구배 행렬의 성분별 곱셈을 수행하여 제2 신호 행렬을 획득하는 단계; 및
상기 제2 신호 행렬의 성분들을 합산하여, 상기 제2 방사선 빔의 투영의, 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 평면에서 제2 축을 따른 제2 좌표로의 병진이동을 나타내는 제2 신호 값을 획득하는 단계를 더 포함하는 방법.
9. 제8조항에 있어서, 상기 제1 축은 상기 제2 축에 실질적으로 수직인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
10. 제8조항 또는 제9조항에 있어서, 상기 방법은 툴 구성에 따라 상기 제2 좌표에 대해 좌표 병진이동을 수행하여 제2 소스 좌표를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 소스 좌표는 상기 방사선 소스의 위치를 규정하는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
11. 제1조항 내지 제10조항 중 어느 한 조항에 있어서, 세기 데이터를 획득하는 단계는 제1 주기적 구조체에 의해 회절된 방사선 빔을 검출하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
12. 제11조항에 있어서, 상기 제1 주기적 구조체는 방사선을 적어도 제1 양의 회절 차수 및 제1 음의 회절 차수로 회절시키도록 배열되고, 상기 제1 방사선 빔은 상기 제1 양의 회절 차수로 회절된 방사선을 포함하고, 제2 방사선 빔은 상기 제1 음의 회절 차수로 회절된 방사선을 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
13. 제11조항 또는 제12조항에 있어서, 상기 제1 주기적 구조체는 방사선을 제2 회절 차수로 회절시키도록 배열되고, 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트는 상기 제2 회절 차수로 회절된 방사선을 검출함으로써 획득되는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
14. 제11조항, 제12조항 또는 제13조항에 있어서, 상기 제1 픽셀화된 센서는 상기 제1 주기적 구조체의 원시야(far-field)에 있는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
15. 제11조항 내지 제14조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제2 픽셀화된 센서는 상기 제1 주기적 구조체의 원시야에 있는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
16. 제1조항 내지 제15조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선 소스는 고 고조파 생성(HHG) 소스이고, 상기 조명 방사선 빔은 복수의 방사선 고조파를 포함하는 방법.
17. 제1조항 내지 제15조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선 소스는 기판 상의 타겟 영역이고, 상기 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 상기 타겟 영역에 의해 반사된 방사선인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
18. 제17조항에 있어서, 상기 타겟 영역은 상기 기판 상에 형성된 기판 주기적 구조체를 포함하고, 상기 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 상기 기판 주기적 구조체에 의해 회절되는 방사선인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
19. 제15조항에 있어서, 상기 조명 방사선 빔은 상기 기판 주기적 구조체에 의해 0차 회절 차수로 회절된 방사선 빔인, 방법.
20. 제1조항 내지 제19조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 하나 이상의 정렬 특성은 상기 조명 방사선 빔의 위치를 포함하는 방법.
21. 제1조항 내지 제20조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 하나 이상의 정렬 특성은 상기 조명 방사선 빔의 방사선 소스로부터의 전파 방향을 포함하는 방법.
22. 제1조항 내지 제21조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방사선 빔은 방사선 소스 방출 스펙트럼의 전부가 아닌 일부를 형성하는 파장을 포함하는 것인, 방법.
23. 제22조항에 있어서,
단계 (a)는 하나 이상의 추가적인 제1 세기 데이터 세트를 획득하는 단계를 더 포함하며, 상기 추가적인 제1 세트 각각은 방사선 소스 방출 스펙트럼의 전부가 아닌 일부를 형성하는 다른 파장으로 구성된 방사선 빔을 나타내고;
단계 (b)는 하나 이상의 개개의 추가적인 제2 세기 데이터 세트를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 개개의 추가적인 제2 세트는 상기 다른 파장을 나타내며;
단계 (c)는, 상기 다른 파장과 관련된 하나 이상의 추가적인 정렬 특성을 결정하기 위해, 제1 세기 데이터 세트와 개개의 제2 세기 데이터 세트를 비교함으로써, 상기 추가적인 제1 세기 데이터 세트 및 상기 개개의 추가적인 제2 세기 데이터 세트를 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
24. 제23조항에 있어서, 상기 파장 및 상기 다른 파장은 방사선 소스 방출 스펙트럼에서 방사선의 상이한 고조파를 포함하는 방법.
25. 제23조항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 정렬 특성을 조합하여 하나 이상의 조합된 정렬 특성을 획득하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
26. 조명 방사선 빔을 안정화시키는 방법으로서,
제1조항 내지 제25조항 중 어느 한 조항의 방법에 따라 상기 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 단계; 및
상기 정렬 특성 중 적어도 하나의 정렬 특성의 값을 상기 적어도 하나의 정렬 특성의 목표 값으로 조정하기 위해 상기 하나 이상의 정렬 특성을 사용하여 방사선 소스를 제어하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔을 안정화시키는 방법.
27. 조명 방사선 빔의 위치를 안정화시키는 방법으로서,
제1조항 내지 제26조항 중 어느 한 조항의 방법에 따라 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 단계 - 상기 하나 이상의 정렬 특성은 상기 조명 방사선 빔의 위치를 포함함 -; 및
상기 조명 방사선 빔의 위치를 목표 위치로 조정하기 위해 상기 결정된 위치를 사용하여 상기 방사선 소스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
28. 조명 방사선 빔의 빔 포인팅을 안정화시키는 방법으로서,
제1조항 내지 제27조항 중 어느 한 조항에 따라 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 단계 - 상기 하나 이상의 정렬 특성은 조명 방사선 빔의 방사선 소스로부터의 전파 방향을 포함함 -; 및
상기 조명 방사선 빔의 전파 방향을 목표 전파 방향으로 조정하기 위해 상기 결정된 전파 방향을 사용하여 상기 방사선 소스를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
29. 제26조항, 제27조항 또는 제28조항에 있어서, 사용하는 단계는 제어 시스템에 폐루프 피드백을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
30. 기판 상의 구조체의 특성을 결정하고 방사선 소스에 의해 방출된 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 데에 사용하기 위한 계측 장치로서,
조명 방사선 빔을 생성하기 위한 조사 시스템;
기판 지지체에 의해 유지되는 상기 기판의 타겟 영역 상에 형성된 주기적 구조체를 조사(irradiating)하기 위해 상기 조사 시스템과 함께 동작 가능한 기판 지지체;
상기 주기적 구조체에 의해 회절된 방사선의 스펙트럼을 검출하기 위한 정반사 검출 브랜치 검출기; 및
하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는:
기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트를 획득하고 - 상기 제1 세기 데이터 세트는 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제1 방사선 빔의 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타냄 -;
상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제2 방사선 빔의 상기 제1 픽셀화된 센서 또는 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 제2 세기 데이터 세트를 획득하며;
상기 조명 방사선 빔의 상기 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리하도록 구성되고,
상기 처리하는 것은, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 조명 방사선 빔의 정렬 특성의 변화를 나타내는 신호 값을 계산하는 것을 포함하는 계측 장치.
31. 제30조항에 있어서, 상기 주기적 구조체의 상류에서 상기 조명 방사선 빔의 방사선의 기준 스펙트럼을 검출하기 위한 기준 검출기를 더 포함하는 계측 장치.
32. 제31조항에 있어서, 상기 구조체의 특성은 상기 방사선의 스펙트럼 및 상기 방사선의 기준 스펙트럼으로부터 결정되는 계측 장치.
33. 제30조항, 제31조항 또는 제32조항에 있어서, 상기 정반사 검출 브랜치 검출기는 상기 제1 픽셀화된 센서를 포함하는 계측 장치.
34. 제31조항 또는 제32조항에 있어서, 상기 기준 검출기는 상기 제1 픽셀화된 센서를 포함하는 계측 장치.
35. 제30조항 내지 제34조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 정렬 특성 중 적어도 하나의 정렬 특성의 값을 상기 적어도 하나의 정렬 특성의 목표 값으로 조정하기 위해 상기 조사 시스템 및 상기 기판 지지체 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함하는 계측 장치.
36. 제30조항 내지 제35조항 중 어느 한 조항에서 규정된 바와 같은 계측 장치로서, 상기 하나 이상의 프로세서는 제1조항 내지 제29조항 중 어느 한 조항의 방법을 수행하도록 구성되는 계측 장치.
37. 제30조항 내지 제36조항 중 어느 한 조항에 따른 계측 장치를 포함하는 리소그래피 셀.
38. 명령이 기록된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 명령은 컴퓨터에 의해 실행될 때, 제1조항 내지 제29조항 중 어느 한 조항의 방법을 구현하는 컴퓨터 프로그램 제품.
본 명세서에서는 IC의 제조에 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해 특별히 언급할 수 있지만, 여기에 설명된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음을 이해해야 할 것이다. 가능한 다른 응용 분야로는, 통합된 광학 시스템, 자기 도메인 메모리를 위한 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD) 및 박막 자기 헤드 등의 제조가 있다.
본 명세서에서는 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 언급할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 기타 다른 기판) 또는 마스크(또는 기타 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이들 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변(비-진공) 조건을 이용할 수 있다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 발명은 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않으며 예를 들어 임프린트 리소그래피 등의 다른 응용예에서도 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
이상에서 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 앞선 설명은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 이하 제시되는 청구 범위로부터 벗어남이 없이, 기술된 본 발명에 대해 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.
본 명세서에 개시되거나 예시된 각각의 특징은 단독으로 또는 본원에 개시되거나 예시된 임의의 다른 특징과 임의의 적절한 조합으로 본 발명에 포함될 수 있다.

Claims (15)

  1. 방사선 소스에 의해 방출된 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 방법으로서, 상기 조명 방사선 빔은 계측 장치에서 기판 상의 타겟 영역을 조사하기 위한 것이며, 상기 방법은:
    (a) 기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트를 획득하는 단계 - 상기 제1 세기 데이터 세트는 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제1 방사선 빔의 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타냄 -;
    (b) 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제2 방사선 빔의 상기 제1 픽셀화된 센서 또는 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 제2 세기 데이터 세트를 획득하는 단계; 및
    (c) 상기 조명 방사선 빔의 상기 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 처리하는 단계는, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 조명 방사선 빔의 정렬 특성의 변화를 나타내는 신호 값을 계산하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 세기 데이터 세트는 상기 제2 방사선 빔의 상기 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 것이며, 단계 (a) 및 (b)는 동시에 수행되거나 시간상 순차적으로 수행되는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 단계 (a) 및 (b)가 시간상 순차적으로 수행되고,
    상기 제2 방사선 빔의 투영은 상기 제1 방사선 빔의 투영에 대하여 상대적으로 소정 거리만큼 위치가 상이하고;
    상기 처리하는 단계는, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 거리를 나타내는 값을 계산하는 단계를 포함하고,
    선택적으로 상기 거리는 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 픽셀의 크기보다 작은, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 처리하는 단계는:
    상기 제1 세기 데이터 세트로부터 상기 제2 세기 데이터 세트를 감산하여 차분 행렬을 획득하는 단계;
    제1 세기 데이터 세트의 세기의 구배(gradient)를 계산하여 제1 구배 행렬을 획득하는 단계;
    상기 차분 행렬과 상기 제1 구배 행렬의 성분별 곱셈을 수행하여 제1 신호 행렬을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 신호 행렬의 성분들을 합산하여, 상기 제2 방사선 빔의 투영의, 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 평면에서 제1 축을 따른 제1 좌표로의 병진이동을 나타내는 제1 신호 값을 획득하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 방법은 툴 구성에 따라 상기 제1 좌표에 대해 좌표 병진이동을 수행하여 제1 소스 좌표를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 소스 좌표는 상기 방사선 소스의 위치를 규정하는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 제1 세기 데이터 세트의 세기의 제2 구배를 계산하여 제2 구배 행렬을 획득하는 단계;
    상기 차분 행렬과 상기 제2 구배 행렬의 성분별 곱셈을 수행하여 제2 신호 행렬을 획득하는 단계; 및
    상기 제2 신호 행렬의 성분들을 합산하여, 상기 제2 방사선 빔의 투영의, 상기 제1 또는 제2 픽셀화된 센서의 평면에서 제2 축을 따른 제2 좌표로의 병진이동을 나타내는 제2 신호 값을 획득하는 단계를 더 포함하고,
    선택적으로, 상기 제1 축은 상기 제2 축에 실질적으로 수직인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 세기 데이터를 획득하는 단계는 제1 주기적 구조체에 의해 회절된 방사선 빔을 검출하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 주기적 구조체는 방사선을 적어도 제1 양의 회절 차수 및 제1 음의 회절 차수로 회절시키도록 배열되고, 상기 제1 방사선 빔은 상기 제1 양의 회절 차수로 회절된 방사선을 포함하고, 제2 방사선 빔은 상기 제1 음의 회절 차수로 회절된 방사선을 포함하는, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1 주기적 구조체는 방사선을 제2 회절 차수로 회절시키도록 배열되고, 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트는 상기 제2 회절 차수로 회절된 방사선을 검출함으로써 획득되는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  10. 제7항, 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 픽셀화된 센서는 상기 제1 주기적 구조체의 원시야(far-field)에 있는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 픽셀화된 센서는 상기 제1 주기적 구조체의 원시야에 있는 것인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사선 소스는 기판 상의 타겟 영역이고, 상기 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 상기 타겟 영역에 의해 반사된 방사선인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 타겟 영역은 상기 기판 상에 형성된 기판 주기적 구조체를 포함하고, 상기 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 상기 기판 주기적 구조체에 의해 회절되는 방사선인, 조명 방사선 빔의 정렬 특성을 결정하는 방법.
  14. 조명 방사선 빔을 안정화시키는 방법으로서,
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법에 따라 상기 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 단계; 및
    상기 정렬 특성 중 적어도 하나의 정렬 특성의 값을 상기 적어도 하나의 정렬 특성의 목표 값으로 조정하기 위해 상기 하나 이상의 정렬 특성을 사용하여 방사선 소스를 제어하는 단계를 포함하는, 조명 방사선 빔을 안정화시키는 방법.
  15. 기판 상의 구조체의 특성을 결정하고 방사선 소스에 의해 방출된 조명 방사선 빔의 하나 이상의 정렬 특성을 결정하는 데에 사용하기 위한 계측 장치로서,
    조명 방사선 빔을 생성하기 위한 조사 시스템;
    기판 지지체에 의해 유지되는 상기 기판의 타겟 영역 상에 형성된 주기적 구조체를 조사(irradiating)하기 위해 상기 조사 시스템과 함께 동작 가능한 기판 지지체;
    상기 주기적 구조체에 의해 회절된 방사선의 스펙트럼을 검출하기 위한 정반사 검출 브랜치 검출기; 및
    하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서는:
    기준 측정을 나타내는 제1 세기 데이터 세트를 획득하고 - 상기 제1 세기 데이터 세트는 상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제1 방사선 빔의 제1 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타냄 -;
    상기 조명 방사선 빔으로부터 비롯된 제2 방사선 빔의 상기 제1 픽셀화된 센서 또는 제2 픽셀화된 센서 상으로의 투영을 나타내는 제2 세기 데이터 세트를 획득하며;
    상기 조명 방사선 빔의 상기 하나 이상의 정렬 특성을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 세기 데이터 세트를 처리하도록 구성되고,
    상기 처리하는 것은, 상기 제1 세기 데이터 세트와 제2 세기 데이터 세트를 비교하여 상기 조명 방사선 빔의 정렬 특성의 변화를 나타내는 신호 값을 계산하는 것을 포함하는, 계측 장치.
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