KR20200140317A - 검사 툴, 검사 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

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KR20200140317A
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Abstract

리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 의해 생성되는 구조체를 검사하는 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 방법이 제시되며, 상기 방법은 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 대한 모델을 도출하는 단계 -상기 모델은 리소그래피 시스템을 설명하는 시스템 변수들의 세트와 리소그래피 공정으로 발생하는 구조체를 나타내는 출력 변수 간의 관계를 포함함- ; 출력 변수에서의 1 이상의 시스템 변수의 관찰가능성을 결정하는 단계; 및 관찰가능성에 기초하여 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

검사 툴, 검사 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품
본 출원은 2018년 4월 30일에 출원된 EP 출원 18170175.6의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 방법, 검사 툴 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 종래의 리소그래피 장치는, 한 번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행하게 또는 역-평행하게(anti-parallel) 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 장치에서 통상적으로 적용되는 방사선 빔은 예를 들어 (예를 들어, 248 nm 또는 193 nm의 파장을 갖는) DUV 방사선 빔 또는 (예를 들어, 11 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는) EUV 방사선 빔일 수 있다.
집적 회로의 제조는 통상적으로 복수의 층들의 스태킹(stacking)을 필요로 할 수 있으며, 이에 의해 층들은 정확하게 정렬되어야 한다. 이러한 정렬이 없으면, 층들 사이의 필요한 연결에 결함이 있어, 집적 회로의 오작동을 유도할 수 있다.
전형적으로, 집적 회로의 저부 층 또는 층들은 트랜지스터 또는 그 구성요소들과 같은 최소 구조체들을 포함할 것이다. 후속한 층들의 구조체들은 전형적으로 더 크고, 저부 층들에서의 구조체들의 외부로의 연결들을 가능하게 한다. 이를 고려하면, 2 개의 층들의 정렬은 집적 회로의 저부에서 가장 어려울 것이다.
회로 또는 회로 층이 적절히 패터닝될 것을 보장하기 위해, 기판들은 흔히 e-빔 검사 툴들과 같은 검사 툴들을 사용하여 검사를 거친다. 이러한 툴들은, 예를 들어 리소그래피 장치에 의해 수행되는 소정 공정 단계들이 예상대로 실행되는지의 여부를 평가하기 위해 적용될 수 있다.
현재 이용가능한 고분해능 SEM과 같은 e-빔 검사 툴들의 성능을 개선하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 기판 또는 샘플을 검사하는 데 필요한 시간을 감소시키는 것이 바람직할 것이다.
e-빔 검사 툴들의 성능을 개선하는 것이 바람직하고, 특히 기판 또는 샘플을 검사하는 데 필요한 시간을 감소시키는 것이 바람직할 것이다.
이러한 문제들을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 의해 생성되는 구조체를 검사하는 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 방법이 제공되고, 상기 방법은:
리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 대한 모델을 도출하는 단계 -상기 모델은 리소그래피 시스템을 설명하는 시스템 변수들의 세트와 리소그래피 공정으로 발생하는 구조체를 나타내는 출력 변수 간의 관계를 포함함- ;
출력 변수에서 1 이상의 시스템 변수의 관찰가능성을 결정하는 단계; 및
관찰가능성에 기초하여 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면,
샘플을 유지하도록 구성되는 대상물 테이블 -샘플은 구조체를 포함함- ;
샘플을 검사하도록 구성되는 프로빙 수단(probing means);
샘플과 프로빙 수단의 상호작용에 의해 야기되는 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검출기;
처리 유닛을 포함하는 검사 툴이 제공되고, 상기 처리 유닛은:
검출기로부터 응답 신호를 수신하고;
응답 신호에 기초하여 구조체의 이미지를 생성하도록 구성되며, 상기 처리 유닛은:
구조체를 검사하기 위한 측정 시퀀스를 수신하고 -측정 시퀀스는 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어짐- ;
수신된 측정 시퀀스에 따라 샘플을 검사하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 프로빙 수단은 전자 빔을 생성하도록 구성되는 전자 빔 소스; 및 샘플 상으로 전자 빔을 지향하도록 구성되는 빔 머니퓰레이터(beam manipulator)를 포함하고, 검출기는 전자 빔과 샘플의 상호작용에 의해 야기되는 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성된다.
이제, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 툴을 도시하는 도면;
도 3은 물리적 시스템의 수학적 모델을 도시하는 도면;
도 4는 패터닝 디바이스 및 구조체의 결과적인 이미지를 도시하는 도면;
도 5는 본 발명에 따른 방법의 흐름도;
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 검사 툴의 개략적인 평면도 및 측면도; 및
도 7은 본 발명에 따른 검사 툴의 더 상세한 실시예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 여하한의 다른 적절한 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정 디바이스(PM)에 연결되는 마스크 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)를 포함한다. 또한, 상기 장치는 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정 디바이스(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT) 또는 "기판 지지체"를 포함한다. 상기 장치는 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 더 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
마스크 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 마스크 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 마스크 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 마스크 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입들, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 또는 "기판 지지체"(및/또는 2 이상의 마스크 테이블 또는 "마스크 지지체")를 갖는 타입으로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블 또는 지지체가 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블 또는 지지체가 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블 또는 지지체에서는 준비작업 단계들이 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 타입으로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 잠겨야 함을 의미하는 것이 아니라, 단지 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓인다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하도록 구성되는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 마스크 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정 디바이스(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 디바이스(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정 디바이스(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정 디바이스(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체" 및 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한 번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체" 및 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체"에 대한 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체"는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"가 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
나타낸 바와 같은 실시예에서, 리소그래피 장치는 본 발명에 따른 검사 툴(IT)을 더 포함한다. 이러한 검사 툴(IT)은 예를 들어 리소그래피 장치에 의해 처리되는 기판(W) 상에 또는 그 관심 영역 내에 존재하는 구조체, 특히 매립 구조체(buried structure)의 특성을 결정할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 검사 툴은 기판을 검사하기 위한 전자 빔 소스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 위치설정 디바이스(PW)는 검사 툴(IT)의 작동 범위 내에 기판(W)을 위치시키도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 검사 툴(IT)은 예를 들어 언급된 구조체의 특성, 예를 들어 전기적 특성, 재료 특성 및/또는 기하학적 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 이 정보는 후속하여 리소그래피 장치의 제어 유닛에 제공될 수 있으며, 예를 들어 정보에 기초하여 조명 시스템, 투영 시스템 또는 위치설정 디바이스들 중 하나 중 1 이상을 제어함으로써 노광 공정 동안 사용될 수 있다.
나타낸 바와 같은 실시예에서, 리소그래피 장치는 방사선 빔을 위해 DUV 방사선을 적용하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 패터닝 디바이스(MA)는 투과 패터닝 디바이스일 수 있고, 투영 시스템(PS)은 1 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
대안적으로, 본 발명에 따른 리소그래피 장치는 방사선 빔을 위해 EUV 방사선을 적용하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 패터닝 디바이스(MA)는 반사 패터닝 디바이스일 수 있고, 투영 시스템(PS)은 1 이상의 거울을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 장치는 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS)을 하우징하기 위한 1 이상의 진공 챔버를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치는 처리될 또는 처리된 기판의 인라인 또는 오프라인 검사를 수행하기 위해 본 발명에 따른 검사 툴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 반도체 기판과 같은 대상물을 검사하도록 구성되는 검사 툴이 제공된다. 본 발명에 따르면, 검사 툴은 대상물, 예를 들어 반도체 기판 또는 샘플을 프로빙하도록 구성된다. 샘플의 이러한 프로빙은 다양한 프로빙 수단을 사용하여 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 샘플을 프로빙하는 데 사용될 수 있는, 즉 샘플의 상태에 대한 정보를 포함하는 신호를 생성하기 위해 샘플과 상호작용하는 프로빙 수단의 예시들은 검사 빔 소스, 예를 들어 레이저 소스, X-선 빔 소스와 같은 전자기 방사선 소스, 원자간력 프로브 또는 전자 빔 소스와 같은 광학 검사 수단이다.
아래의 설명에서, 프로빙 수단으로서 전자 빔 소스를 포함하는 본 발명에 따른 검사 툴(10)이 예시된다. 또한, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 나타낸 바와 같은 대안적인 프로빙 수단들 중 1 이상을 사용하여 실행될 수 있다.
도 2는 이에 따라 e-빔 소스(11)라고도 하는 전자 빔 소스(11)를 포함하는 본 발명에 따른 검사 툴(10)의 일 실시예를 나타낸다.
이러한 e-빔 소스(11)는 일반적으로 알려져 있으며, 본 발명에서 대상물(13), 예를 들어 기판의 영역 상으로 전자 빔(12)을 투영하기 위해 적용될 수 있다. 나타낸 바와 같은 실시예에서, 대상물(13)은 클램핑 메카니즘(13.4), 예를 들어 진공 클램프 또는 정전기 클램프에 의해 대상물 테이블(13.2)에 장착된다. 또한, e-빔이 투영되는 대상물의 영역은 샘플이라고 칭해질 수도 있다. 이러한 e-빔 소스(11)는 예를 들어 0.2 keV 내지 100 keV 범위의 에너지를 갖는 전자 빔(12)을 생성하는 데 사용될 수 있다. e-빔 소스(11)는 통상적으로 직경이 약 0.4 내지 5 nm인 스폿 상에 전자 빔(12)을 포커싱하기 위한 1 이상의 렌즈를 가질 수 있다. 일 실시예에서, e-빔 소스(11)는 전자 빔(12)을 편향시킬 수 있는 1 이상의 스캐닝 코일 또는 디플렉터 플레이트를 더 포함할 수 있다. 이렇게 함으로써, 전자 빔(12)은 예를 들어 X-축 및 (X-축 및 Z-축에 수직인) Y-축을 따라 편향될 수 있고, XY-평면은 대상물의 영역이 스캔될 수 있도록 대상물의 표면에 평행하다.
본 발명의 일 실시예에서, 전자 빔 소스는 관심 영역의 각각의 복수의 서브-영역들 상으로 복수의 전자 빔들을 투영하도록 구성된다. 이렇게 함으로써, 단위 시간당 검사 또는 조사될 수 있는 관심 영역이 확대될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 전자 빔 소스는 상이한 에너지 레벨을 갖는 전자 빔들을 생성하도록 구성될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, e-빔 또는 빔들에 대한 적용된 에너지 레벨에 따라, 상이한 부분들 또는 구조체, 예를 들어 매립 구조체가 검사될 수 있다.
이러한 e-빔(12)이 표면에 충돌하는 경우, 표면 상의 상호작용들 및 표면 아래의 재료와의 상호작용들이 발생하여, 노광된 표면이 방사선 및 전자들 모두를 방출하게 할 것이다. 통상적으로, 전자 빔(12)이 샘플과 상호작용하는 경우, 빔을 구성하는 전자들은 상호작용 볼륨으로 알려진 눈물방울-형 볼륨(teardrop-shaped volume) 내에서 산란 및 흡수를 통해 에너지를 잃을 것이다. 전자 빔과 샘플 사이의 에너지 교환은 통상적으로:
- 비탄성 산란에 의한 이차 전자들의 방출,
- 샘플과의 탄성 산란 상호작용에 의한, 상호작용 볼륨에서 반사되거나 후방산란되는 전자들의 방출,
- X-선 방출, 및
- 예를 들어, deep UV 내지 IR의 범위 내의 전자기 방사선의 방출의 조합을 유도할 것이다.
전자기 방사선의 후자의 방출은 일반적으로 음극선 발광(cathodoluminescent light) 또는 CL-광이라고 칭해진다.
본 발명의 일 실시예에서, 검사 툴(10)은 이차 전자들의 검출을 위한 검출기(15) 및 샘플에 의해 방출된 후방산란 전자들을 위한 검출기(15.1)를 더 포함한다. 도 2에서, 화살표들(14)은 방출된 이차 또는 후방산란 전자들을 나타낸다.
나타낸 바와 같은 실시예에서, 검사 툴은 검출기들(15 및 15.1)에 의해 검출되는 바와 같은 방출된 이차 또는 후방산란 전자들을 처리하기 위한, 예를 들어 마이크로프로세서, 컴퓨터 등을 포함한 제어 유닛(17) 또는 처리 유닛을 더 포함한다.
일 실시예에서, 제어 유닛(17)은 검출기들(15, 15.1)로부터 신호들(15.2)을 수신하기 위한 입력 단자(17.2)를 포함하며, 신호들(15.2)은 검출되는 방출된 이차 또는 후방산란 전자들을 나타낸다.
일 실시예에서, 제어 유닛은 e-빔 소스(11)를 제어하는 제어 신호(11.2)를 출력하기 위한 출력 단자(17.4)를 더 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제어 유닛(17)은 검사될 대상물, 예를 들어 반도체 기판의 관심 영역 상으로 e-빔(12)을 투영하도록 e-빔 소스(11)를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어 유닛(17)은 관심 영역을 스캔하도록 e-빔 소스(11)를 제어하도록 구성될 수 있다.
대상물의 관심 영역의 이러한 스캐닝 동안, 검출기는 관심 영역의 상이한 부분들로부터 이차 또는 후방산란 전자들(14)을 수용할 수 있다. 일 예시로서, 적용된 e-빔은 예를 들어 직경이 1 내지 4 nm인 단면을 가질 수 있는 한편, 관심 영역은 100 nm x 100 nm이다. 이러한 것으로서, 관심 영역이 스캐닝되었을 때, 관심 영역을 가로지르는 e-빔에 대한 응답이 검출기들(15, 15.1)에 의해 포착될 수 있으며, 여기서 검출된 신호는 조명된 픽셀 당 검출된 전자들로 구성된다. 픽셀 크기는, 예를 들어 e-빔의 단면보다 작거나 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어 유닛은 예를 들어 입력 단자(17.2) 또는 또 다른 입력 단자와 같은 입력 단자를 통해, 본 발명에 따른 방법에 의해 결정된 바와 같은 측정 시퀀스 또는 측정 시퀀스를 나타내는 명령어들의 세트를 수신하도록 구성될 수 있다. 특히, 본 발명은 일 실시예에서 검사 툴, 예를 들어 SEM과 같은 전자 빔 검사 툴에 의해 구조체를 검사하기 위한 측정 시퀀스를 결정하는 방법을 제공한다.
SEM과 같은 알려진 검사 툴에서, 검사될 구조체를 포함한 관심 영역이 통상적으로 영역의 2-차원 스캐닝을 거치며, 이에 따라 실질적으로 전체 영역이 커버, 즉 스캐닝 전자 빔에 의해 검사된다. 이러한 스캐닝 공정은 꽤 시간-소모적일 수 있다. 충분히 높은 분해능으로의, 예를 들어 1 ㎛ x 1 ㎛의 영역의 스캐닝은 수 초를 필요로 할 수 있다. 일 예시로서, 격자 또는 격자 라인들의 CD 또는 CD 균일성을 결정하기 위해, SEM으로 격자를 스캐닝함으로써 격자 구조체가 검사될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 라인 에지 거칠기(LER), 라인 폭 거칠기(LWR) 또는 측벽 각도(SWA)와 같은 격자의 소정 라인 파라미터들에 관심이 있을 수 있다. 하지만, 이 파라미터들, 예를 들어 CD 균일성 또는 LER을 평가하기 위해, 생성된 SEM 이미지의 작은 부분만이 필요하다는 것이 당업자에 의해 인정될 것이다. 소정 파라미터를 평가하는 데 SEM 이미지의 어느 부분 또는 부분들이 필요한지가 미리 알려지는 경우, 전체 관심 영역을 스캐닝하기보다는 필요한 이미지 부분들의 검사, 즉 감지 또는 스캐닝만을 수행함으로써 시간을 절약할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 검사 툴을 사용하여 구조체를 검사하기 위한 측정 시퀀스를 결정하는 방법이 제안되고, 측정 시퀀스는 예를 들어 관심 영역의 어느 일부 또는 부분들에서 검사되어야 하는지를 나타낸다. 따라서, 상기 방법은 예를 들어 평가하고자 하는 구조체의 파라미터들의 관점에서, 관심 영역, 즉 검사될 구조체를 포함하는 영역의 어느 일부 또는 부분들이 검사되어야 하는지를 미리 결정하는 데 사용될 수 있다.
이러한 측정 시퀀스를 결정하기 위해, 구조체를 생성하도록 적용되는 시스템의 수학적 모델이 사용된다. 일 예시로서, 구조체는 예를 들어 반도체 기판 상의 패터닝된 레지스트 층일 수 있고, 이러한 패터닝된 레지스트 층은 리소그래피 노광 공정 및 후속한 현상 공정을 수반하는 공정에 의해 얻어진다.
일 실시예에서, 예를 들어 앞서 설명된 바와 같은 리소그래피 장치를 포함하는 리소그래피 시스템의 수학적 모델이 반도체 기판 상의 구조체에 대한 측정 시퀀스를 도출하는 데 사용되며, 구조체는 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 노광 공정을 수반하는 공정에 의해 얻어진다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 물리적 시스템들 또는 이러한 시스템들에 의해 수행되는 공정들을 모델링하는 다양한 방식들이 존재한다. 노광 공정을 수행하여 패터닝된 방사선 빔에 기판을 노광하도록 구성되는 리소그래피 시스템을 고려하면, 이에 따라 이러한 시스템을 모델링하는 다양한 방식들이 존재할 수 있다. 본 발명이 특정 모델 또는 모델 타입과 조합하여 사용되는 것에 제한되지 않기 때문에, 아래에 주어지는 이러한 모델들의 예시들은 단지 이를 설명하는 역할을 한다.
일 실시예에서, 리소그래피 시스템의 수학적 모델은 리소그래피 시스템의 상태-공간 모델 또는 상태-공간 표현일 수 있다. 도 3은 물리적 시스템(100), 예를 들어 리소그래피 시스템의 상태-공간 표현을 개략적으로 나타낸다. 일반적으로, 물리적 시스템의 상태-공간 모델은 입력 변수들의 세트(u), 출력 변수들의 세트(y) 및 상태 변수들의 세트(x)가 1차 미분 방정식들의 세트에 의해 연결되는 수학적 모델이며, 예를 들어 방정식들의 세트(110)에 의해 나타낸 바와 같다. 입력, 출력 및 상태 변수들의 세트들은, 예를 들어 u가 입력 변수들을 표시하는 데 사용되고, y가 출력 변수들을 표시하는 데 사용되며, x가 상태 변수들을 표시하는 데 사용되는 벡터들에 의해 표현될 수 있다. 물리적 시스템의 상태 공간 모델은 일반적으로 다음의 수학식 세트에 의해 표현될 수 있다:
Figure pct00001
일반적으로, A(t), B(t), C(t) 및 D(t)는 이에 따라 시간-의존적 파라미터들을 포함하는 매트릭스들일 수 있다.
반도체 기판 상의 패터닝된 레지스트 층의 생성을 수반하는 공정의 경우, 입력 변수들의 세트(u)는 예를 들어 다음을 포함할 수 있다:
- 방사선 빔을 전달하는 데 사용되는 마스크 또는 패터닝 디바이스(MA);
- 다음을 포함한 리소그래피 시스템의 파라미터들 또는 특성들:
- 균일성,
- 소스에 의해 적용되는 도즈를 포함한 소스의 특성들;
- 다양한 광학 구성요소들의 모델들,
- 조명 시스템 또는 투영 시스템의 수차들을 포함한 조명 시스템 및 투영 시스템의 특성들;
- 수행되는 스캐닝 프로세스의 특성들,
- 기타 등등.
이러한 공정에서, 상태 변수들의 세트(x)는 리소그래피 시스템을 통해 전파될 때 적용된 방사선 빔의 다양한 상태들을 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 리소그래피 시스템 또는 리소그래피 장치(LA)는 방사선 소스(SO) 및 장치(LA)의 일루미네이터(IL)에 방사선 빔을 전달하도록 구성되는 빔 전달 시스템(BD)을 포함할 수 있다. 이러한 일루미네이터(IL)는 공급된 방사선 빔이 상이한 전이 또는 변환을 겪는 시스템으로서 표현될 수 있다. 특히, 이러한 조명 시스템 또는 일루미네이터(IL)에 존재하는 다양한 광학 구성요소들은 각각 방사선 빔이 패터닝 디바이스(MA)에 도달하기 전에 상이한 상태로의 일련의 변환들을 거치도록 방사선 빔을 변환할 수 있다. 후속하여, 변환된 방사선 빔은 패터닝 디바이스(MA)에 의해 전달되며, 이 전달은 변환된 방사선 빔의 또 다른 상태로의 또 다른 변환으로 간주될 수 있다. 투영 시스템(PS)을 통한 전파 동안, 패터닝된 방사선 빔은 기판에 도달하기 전에 추가 변환을 거칠 것이며, 패터닝된 빔은 레지스트 층을 조사하여 레지스트 층의 조사된 부분들의 재료 특성들을 수정할 것이다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 설명되는 전이들 각각은 관련되는 광학 구성요소들의 특성들이 알려진 경우에 모델링될 수 있다.
반도체 기판 상의 패터닝된 레지스트 층의 생성을 수반하는 공정의 경우, 출력 변수들의 세트(y)는 예를 들어 공정에 의해 얻어지는 구조체의 표현을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, SEM과 같은 검사 툴에 의해 얻어지는 바와 같은 구조체의 이미지, 예를 들어 2-차원 디지털 이미지가 기판에 존재하는 구조체의 표현으로 간주될 수 있다.
이러한 이미지는, 예를 들어 앞서 논의된 바와 같은 이미지, 즉 전체 관심 영역이 검사 툴을 사용하여 스캐닝되는 이미지에 대응할 수 있다.
이러한 것으로서, 도 3에 예시된 바와 같은 상태-공간 모델은 예를 들어 주어진 마스크 또는 패터닝 디바이스(MA)와 기판 상에 생성되는 구조체 또는 그 표현 사이의 관계를 나타낼 수 있다. 도 4는 마스크 또는 패터닝 디바이스(150)의 일부분 및 SEM에 의해 생성되는 대응 이미지(160)를 개략적으로 예시한다.
앞서 논의된 바와 같은 상태-공간 모델의 다양한 변수 세트들을 참조하면, 이러한 변수들은 예를 들어 디자인 데이터로부터 미리 알려질 수 있거나, 경험적으로 결정될 수 있다는 것을 유의할 수 있다.
언급된 바와 같이, 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 본 발명에 따른 방법은 기판 상에 구조체를 생성하기 위한 리소그래피 공정을 수행하는 리소그래피 시스템의 수학적 모델을 사용한다. 이러한 모델의 일 예시는 앞서 설명된 바와 같은 상태 공간 모델이다. 앞서 설명된 바와 같은 일반 모델은 리소그래피 시스템의 과도 거동(transient behavior) 및 정상 상태 거동(steady state behavior)을 모두 모델링하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 적용된 바와 같은 모델은 단지 리소그래피 공정을 수행하는 리소그래피 시스템의 정상 상태 거동을 표현하거나 설명하도록 의도된다. 단지 정상 상태 거동을 모델링하는 경우, 리소그래피 시스템의 단순화된 모델이 사용될 수 있다. 수학식 (1)을 참조하면, 시스템의 정상 상태 거동은 다음과 같이 설명될 수 있다:
Figure pct00002
더 일반적인 공식에서, 물리적 시스템의 정상 상태 거동은 1 이상의 출력 변수(y)와, 상태 변수들(x) 및 입력 변수들(u)을 포함한 변수들의 세트 간의 관계에 의해 설명될 수 있다. 이러한 관계는, 예를 들어 다음과 같이 표시될 수 있다:
Figure pct00003
변수들의 세트(x 및 u)가 조합되는 경우, 예를 들어 입력 변수들(u) 및 상태 변수들(x)을 포함하는 시스템 변수들의 세트로서 X를 참조하면, 수학식 (3)은 다음과 같이 기록될 수 있다:
Figure pct00004
매트릭스 표기법에서, 출력 변수 또는 변수들(y)과 시스템 변수들(X) 간의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00005
여기서, X는 예를 들어 입력 변수들(u) 및 상태 변수들(x)을 모두 포함한다.
본 발명에서, 리소그래피 시스템의 수학적 모델이 사용되며, 수학적 모델은 리소그래피 시스템을 설명하는 시스템 변수들의 세트와 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정으로 발생하는 구조체를 나타내는 출력 변수 간의 관계를 포함하는 모델이다. 출력 변수(y)가 예를 들어 검사 툴에 얻어지는 바와 같은 반도체 기판 상의 구조체의 표현인 경우, 출력 변수(y)는 예를 들어 n x m 픽셀들을 포함하는 2-차원 이미지일 수 있으며, 각각 그레이-스케일 값을 갖는다. 이러한 이미지의 일 예시가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 경우, 2-차원 이미지의 각 픽셀 y(i,j)가 시스템 변수들(X)의 함수인 값을 갖는 것으로 간주될 수 있으며, 즉 각각의 픽셀 값 y(i,j)가 상태 변수들 및 입력 변수들을 포함한 변수들의 세트의 함수로서 설명될 수 있다. 본 발명의 의미 내에서, 상태 변수들 및 입력 변수들의 함수로서 출력 변수의 픽셀 값을 설명하는 수학적 함수, 예를 들어 F는 투영이라고도 할 수 있다.
출력 변수(y)가 관심 영역의 전체 이미지에 대응하는 경우, 즉 전체 관심 영역이 스캐닝되는 상황에 대응하는 경우, 출력 변수는 ytot라고 칭해질 것이며, 출력 변수에 대한 상태 변수들 및 입력 변수들의 투영은 G라고 칭해질 것이다, 즉:
Figure pct00006
ytot는 예를 들어 기판 상의 구조체의 이미지의 픽셀 값들을 포함하는 벡터일 수 있으며, X는 구조체를 생성하는 공정을 수행한 리소그래피 시스템을 설명하는 시스템 변수들의 세트이고, G는 시스템 변수들(X)과 이미지(ytot) 간의 관계를 설명하는 X의 투영이다.
앞선 내용에서는 리소그래피 시스템의 상태-공간 모델에 대해 언급되지만, 출력 변수 y(i,j)와 시스템 변수들의 세트 간의 관계의 대안적인 공식들도 고려될 수 있다는 것을 주목할 수 있다. 일 예시로서, 로지스틱 회귀 모델이 복수의 파라미터들 또는 변수들의 함수로서 SEM과 같은 검사 툴에 의해 얻어지는 이미지를 설명하기 위해 고려될 수도 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 이미지 y(i,j)에 의해 표현되는 구조체를 검사하는 측정 시퀀스를 결정하기 위해 수학적 모델을 사용한다. 특히, 본 발명은 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 의해 생성되는 구조체를 검사하는 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 도 5의 흐름도에 예시된 바와 같은 다음 단계들을 포함한다:
제 1 단계(510)에서, 본 발명에 따른 방법은 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 대한 모델을 도출하는 단계를 제공하며, 모델은 리소그래피 시스템을 설명하는 시스템 변수들의 세트와 리소그래피 공정으로 발생하는 구조체를 나타내는 출력 변수 간의 관계를 포함한다. 이러한 모델은, 예를 들어 앞서 논의된 바와 같이 시스템 변수들의 세트(X)의 투영(G)을 포함할 수 있다.
제 2 단계(520)에서, 본 발명에 따른 방법은 출력 변수에서의 1 이상의 시스템 변수의 관찰가능성을 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명의 의미 내에서, 출력 변수에서의 1 이상의 시스템 변수의 관찰가능성을 결정하는 단계는 시스템 변수들(X) 중 선택된 시스템 변수의 변동이 출력 변수의 변화를 유도하는지의 여부, 또는 어느 정도까지 유도하는지를 평가하는 프로세스를 지칭한다. 따라서, 어느 출력 변수 또는 출력 변수의 부분이 시스템 변수(X)의 변화들에 민감한지를 평가할 수 있다. 예를 들어, 기판 상의 구조체의 이미지의 픽셀 값들을 설명하는 ytot와 구조체를 생성하는 공정을 수행한 리소그래피 시스템을 설명하는 시스템 변수들의 세트(X) 간의 관계를 설명하는 앞서 설명된 수학적 모델을 참조하면, 이에 따라 이미지(ytot)의 어느 부분들, 즉 구조체의 2-차원 이미지의 어느 픽셀들이 시스템 변수들(X)의 변화들에 (가장) 민감한지를 평가할 수 있다. 특히, 시스템 변수들(X)에 변동들을 적용함으로써, 어느 픽셀들 y(i,j)가 실질적으로 동일하게 유지되는지 또는 적용된 변동들에 의해 거의 영향을 받지 않는지를 식별할 수 있다. 이러한 픽셀들, 즉 시스템 변수들(X) 중 1 이상에 대한 수정에 관계없이 실질적으로 동일한 그레이-스케일 값을 가질 픽셀들이 식별되는 경우, 대응하는 위치들에서 구조체를 검사할 필요가 없음을 이해할 것이다. 설명된 접근법을 사용하면, 이에 따라 구조체의 이미지의 가장 유익한 부분들, 즉 시스템 변수들(X) 중 선택된 시스템 변수의 변동에 의해 영향을 받는 부분들 또는 픽셀들이 어디에 위치되는지를 결정할 수 있다. 또한, 앞서 설명된 접근법은 검색될 수 있는 정보가 중복 정보를 포함하는지 여부를 식별하게 한다. 구조체의 이미지의 어느 부분들이 언급된 변동들에 민감한지를 식별한 경우, 서브세트 또는 상기 부분들로부터 필요한 정보를 검색하는 것이 여전히 가능할 수 있고, 이에 따라 검사되어야 하는 구조체의 부분들 또는 위치들을 더 제한할 수 있다.
이러한 것으로서, 수행된 관찰가능성에 기초하여, 예를 들어 리소그래피 공정에 의해 얻어지는 구조체를 나타내는 출력 변수의 어느 부분이 시스템의 변화들에 영향을 받는지를 평가할 수 있다. 일단 이 부분이 식별되면, 본 발명에 따른 방법의 제 3 단계(530)에서, 관찰가능성에 기초하여 구조체를 측정할 검사 툴에 대해 더 적합한 측정 시퀀스를 결정할 수 있다. 특히, 전체 관심 영역이 스캐닝되는 측정 시퀀스에 비해 더 적합한 측정 시퀀스가 결정될 수 있다. 이러한 측정 시퀀스는 예를 들어 관심 영역의 소정 부분들, 예를 들어 시스템 변수들(X)에 관계없이 측정 결과가 영향을 받지 않을 것으로 예상되는 부분들을 건너뛸 수 있다. 또는 다르게 표현하면, 시스템 변수 또는 변수들의 변화들에 영향을 받는 관심 영역의 부분들이 측정되는 측정 시퀀스를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 관찰가능성 메트릭은 측정된 출력의 위치들이 시스템 변수들에 얼마나 민감한지를 평가하는 것 외에도, 이 민감도들이 얼마나 고유하고 독립적인지를 더 정량화한다.
이러한 측정 시퀀스가 수행되는 경우, 관심 영역의 관련 부분들만이 검사 툴에 의해 스캐닝 또는 샘플링될 필요가 있기 때문에 측정 또는 검사 프로세스의 시간이 감소될 수 있는 것으로 제시된다.
이러한 측정 시퀀스의 결과로서, 이에 따라 통상적으로 제한되거나 불완전한 이미지, 즉 전체 관심 영역을 커버하지 않는 이미지를 얻을 것이다. 다시 말하면, 이미지는 서브샘플링(subsample)된다. 이미지의 일부만이 측정된다. 본 발명에 따른 방법을 사용하여 도출되는 측정 시퀀스가 수행되는 경우에 얻어지는 이러한 이미지는 축소 또는 부분 이미지(yred)라고 칭해질 수 있다. 이 축소 이미지가 주어지면, 베이지안 추정, 칼만 필터링 등과 같은 추산 기술들을 통해 시스템 변수들(X)이 추론된다. 이러한 시스템 변수들의 추론이 주어지면, 전체 이미지가 재구성될 수 있다. 앞서 논의된 것과 유사한 방식으로, 시스템 변수들(X)의 투영, 예를 들어 투영 Gred로서 이러한 이미지(yred)를 설명할 수 있다:
Figure pct00007
본 발명의 일 실시예에서, 부분 또는 축소 이미지(yred)는 전체 관심 영역의 이미지를 재구성하는 데 사용될 수 있다. 특히, 수학식 (7)을 사용하여, 다음과 같이 시스템 변수들(X)의 추산(Xest)을 결정할 수 있다:
Figure pct00008
추산(Xest)의 결정에 관하여, 칼만 필터링, 순차적 몬테 카를로, 입자 필터링 또는 이동 수평 추정(moving horizon estimation)과 같은 기술들이 적용될 수 있는 것으로 제시된다.
일단 추산이 결정되면, 이는 (예를 들어, 선형 시스템에 대해) 다음에 의해 전체 관심 영역을 나타내는 재구성된 이미지(yrec)를 얻기 위해 사용될 수 있다:
Figure pct00009
유사한 방식으로, 기판의 관심 영역에 존재하는 구조체의 전체 이미지를 얻기보다는, 앞서 설명된 접근법은 구조체의 특정 파라미터들 또는 특징들을 결정하기 위해 적용될 수 있다. 특히, 구조체의 이미지를 얻기보다는, 라인 에지 거칠기 또는 라인 폭 거칠기 또는 CD 또는 CD 균일성과 같은 특정 파라미터들에 더 관심이 있을 수 있다. 앞서 논의된 것과 유사한 방식으로, 불필요한 측정들을 수행하지 않고도 이러한 파라미터들을 평가하는 데 필요한 정보를 제공하는 측정 시퀀스를 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 검사 방법은 본 발명에 따른 검사 툴에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 검사 툴은 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 전자 빔(e-빔) 검사 툴일 수 있다.
이러한 검사 툴은, 예를 들어:
샘플을 유지하도록 구성되는 대상물 테이블 -샘플은 구조체를 포함함- ;
전자 빔을 생성하도록 구성되는 전자 빔 소스;
샘플 상으로 전자 빔을 지향하도록 구성되는 빔 머니퓰레이터;
샘플과 전자 빔의 상호작용에 의해 야기되는 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검출기; 및
처리 유닛을 포함할 수 있고, 이는:
검출기로부터 응답 신호를 수신하고;
응답 신호에 기초하여 구조체의 이미지를 생성하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 처리 유닛은:
구조체를 검사하기 위한 측정 시퀀스를 수신하고 -측정 시퀀스는 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어짐- ;
수신된 측정 시퀀스에 따라 샘플을 검사하도록 더 구성될 수 있다.
이러한 검사 툴에 대한 더 자세한 내용이 도 6a, 도 6b 및 도 7을 참조하여 설명된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 툴(50)의 평면도 및 단면도를 개략적으로 도시한다. 나타낸 실시예는 인클로저(enclosure: 51), 검사될 대상물을 수용하고 검사된 대상물을 내보내기 위한 인터페이스로서 작용하는 한 쌍의 로드 포트(load port: 52)들을 포함한다. 나타낸 실시예는 EFEM(equipment front end module)이라 칭하는 대상물 전달 시스템(53)을 더 포함하고, 이는 로드 포트들로 및 로드 포트들로부터 대상물들을 처리 및/또는 수송하도록 구성된다. 나타낸 실시예에서, EFEM(53)은 EBI 시스템(50)의 로드 포트들과 로드 락(load lock: 55) 사이에서 대상물들을 수송하도록 구성되는 핸들러 로봇(handler robot: 54)을 포함한다. 로드 락(55)은 인클로저(51) 외부 및 EFEM에서 발생하는 분위기 조건들과, 검사 툴(50)의 진공 챔버(56)에서 발생하는 진공 조건들 사이의 인터페이스이다. 나타낸 실시예에서, 진공 챔버(56)는 검사될 대상물, 예를 들어 반도체 기판 또는 웨이퍼 상으로 e-빔을 투영하도록 구성되는 전자 광학기 시스템(57)을 포함한다. 검사 툴(50)은 전자 광학기 시스템(57)에 의해 발생되는 e-빔에 대해 대상물(59)을 변위시키도록 구성되는 위치설정 디바이스(58)를 더 포함한다.
일 실시예에서, 위치설정 디바이스는 실질적으로 수평인 평면에서 대상물을 위치시키는 XY-스테이지, 및 수직 방향에서 대상물을 위치시키는 Z-스테이지와 같은 다수 위치설정기들의 캐스케이드 구성(cascaded arrangement)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 위치설정 디바이스는 비교적 먼 거리에 걸쳐 대상물의 개략적인 위치설정을 제공하도록 구성되는 개략 위치설정기(coarse positioner) 및 비교적 짧은 거리에 걸쳐 대상물의 미세한 위치설정을 제공하도록 구성되는 미세 위치설정기(fine positioner)의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 위치설정 디바이스(58)는 검사 툴(50)에 의해 수행되는 검사 프로세스 동안 대상물을 유지하는 대상물 테이블을 더 포함한다. 이러한 실시예에서, 대상물(59)은 정전기 클램프와 같은 클램프에 의해 대상물 테이블 상에 클램핑될 수 있다. 이러한 클램프는 대상물 테이블에 통합될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 검사 툴(200)의 더 상세한 실시예를 개략적으로 도시하며, 이는 본 발명에 따른 검사 방법을 수행하도록 구성될 수 있다. 검사 툴(200)은 전자총(210)이라고 칭하는 e-빔 소스 및 이미징 시스템(240)을 포함한다.
전자총(210)은 전자 소스(212), 서프레서 전극(suppressor electrode: 214), 양극(anode: 216), 어퍼처(aperture)들의 세트(218), 및 콘덴서(220)를 포함한다. 전자 소스(212)는 앞서 설명된 바와 같이 쇼트키 방출기(Schottky emitter) 또는 수정된 쇼트키 방출기일 수 있다. 양극(216)의 양전하에 의해, 전자 빔(202)이 추출될 수 있고, 전자 빔(202)은 어퍼처 외부의 불필요한 전자 빔을 제거하기 위해 상이한 어퍼처 크기들을 가질 수 있는 조절가능한 어퍼처(218)를 사용함으로써 제어될 수 있다. 전자 빔(202)을 모으기 위해, 콘덴서(220)가 전자 빔(202)에 적용되며, 이는 또한 배율을 제공한다. 도 7에 나타낸 콘덴서(220)는 예를 들어 전자 빔(202)을 모을 수 있는 정전 렌즈일 수 있다. 반면에, 콘덴서(220)는 자기 렌즈일 수도 있다.
이미징 시스템(240)은, 예를 들어 블랭커(blanker: 248), 어퍼처들의 세트(242), 검출기(244), 4 개의 디플렉터 세트(250, 252, 254, 및 256), 한 쌍의 코일들(262), 요크(yoke: 260), 및 전극(270)을 포함할 수 있다. 전극(270)은 전자 빔(202)을 지연시키고 편향시키기 위해 사용될 수 있으며, 정전 렌즈 기능을 더 가질 수 있다. 또한, 코일(262) 및 요크(260)는 자기 대물 렌즈로 구성될 수 있다.
디플렉터들(250 및 256)은 전자 빔(202)을 큰 시야로 스캔하기 위해 적용될 수 있고, 디플렉터들(252 및 254)은 전자 빔(202)을 작은 시야로 스캔하기 위해 사용될 수 있다. 모든 디플렉터들(250, 252, 254 및 256)은 전자 빔(202)의 스캐닝 방향을 제어할 수 있다. 디플렉터들(250, 252, 254 및 256)은 정전 디플렉터 또는 자기 디플렉터일 수 있다. 요크(260)의 개구부는 샘플(300)을 향하고, 이는 샘플(300) 내로 자기장을 침투시킨다. 반면에, 전극(270)은 요크(260)의 개구부 아래에 배치되므로, 샘플(300)이 손상되지 않을 것이다. 전자 빔(202)의 색수차를 보정하기 위해, 지연기(270), 샘플(300), 및 요크(260) 또는 그 부분은 렌즈를 형성하여 전자 빔(202)의 색수차를 제거할 수 있다. 검사 툴(200)은, 예를 들어 프로세서, 마이크로프로세서, 제어기, 또는 컴퓨터로서 구현될 수 있는 처리 유닛(310)을 더 포함하고, 처리 유닛(310)은 검사 툴의 검출기 또는 검출기들, 예컨대 검출기(244)로부터 응답 신호를 수신하고 응답 신호를 스캐닝되거나 검사된 구조체 또는 샘플(300)의 이미지로 처리하도록 구성된다.
실시예들은 다음 항목들을 사용하여 더 설명될 수 있다:
1. 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 의해 생성되는 구조체를 검사하는 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 방법으로서,
리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 대한 모델을 도출하는 단계 -상기 모델은 리소그래피 시스템을 설명하는 시스템 변수들의 세트와 리소그래피 공정으로 발생하는 구조체를 나타내는 출력 변수 간의 관계를 포함함- ;
출력 변수에서의 1 이상의 시스템 변수의 관찰가능성을 결정하는 단계; 및
관찰가능성에 기초하여 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
2. 1 항에 있어서, 시스템 변수들의 세트는 리소그래피 공정의 1 이상의 입력 변수를 포함하는 방법.
3. 1 항 또는 2 항에 있어서, 출력 변수는 검사 툴에 의해 얻어지는 구조체를 포함하는 관심 영역의 이미지를 포함하는 방법.
4. 3 항에 있어서, 이미지는 전자 빔 검사 툴에 의해 얻어지는 구조체의 2-차원 디지털 이미지를 포함하는 방법.
5. 1 항 내지 4 항 중 어느 하나에 있어서, 수학적 모델은 정상 상태 수학적 모델인 방법.
6. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 모델은 리소그래피 시스템의 상태-공간 모델을 포함하는 방법.
7. 3 항 또는 4 항에 있어서, 출력 변수에서의 1 이상의 시스템 변수의 관찰가능성을 결정하는 단계는 이미지의 어느 부분이 1 이상의 시스템 변수의 변화들 또는 수정들에 의해 영향을 받는지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
8. 7 항에 있어서, 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 단계는 측정될 영역으로서 이미지의 부분에 대응하는 관심 영역의 부분을 선택하는 단계를 포함하는 방법.
9. 기판의 관심 영역 상의 구조체를 검사하는 검사 방법으로서,
앞선 항들 중 어느 하나에 따른 방법을 포함하는 검사 방법.
10. 9 항에 있어서, 결정된 측정 시퀀스에 의해 구조체를 검사하는 단계를 더 포함하는 측정 방법.
11. 10 항에 있어서, 결정된 측정 시퀀스에 의해 구조체를 검사하는 단계는 구조체의 부분 이미지를 얻는 단계를 포함하는 측정 방법.
12. 11 항에 있어서, 부분 이미지에 기초하여 구조체의 이미지를 재구성하는 단계를 더 포함하는 측정 방법.
13. 앞선 항들 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 검사 툴.
14. 검사 툴로서,
샘플을 유지하도록 구성되는 대상물 테이블 -샘플은 구조체를 포함함- ;
샘플을 검사하도록 구성되는 프로빙 수단;
샘플과 프로빙 수단의 상호작용에 의해 야기되는 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검출기;
처리 유닛을 포함하고, 상기 처리 유닛은:
검출기로부터 응답 신호를 수신하고;
응답 신호에 기초하여 구조체의 이미지를 생성하도록 구성되며, 상기 처리 유닛은:
구조체를 검사하기 위한 측정 시퀀스를 수신하고 -측정 시퀀스는 1 항 내지 12 항 중 어느 하나에 따른 방법에 의해 얻어짐- ;
수신된 측정 시퀀스에 따라 샘플을 검사하도록 더 구성되는 검사 툴.
15. 14 항에 있어서, 프로빙 수단은
전자 빔을 생성하도록 구성되는 전자 빔 소스; 및
샘플 상으로 전자 빔을 지향하도록 구성되는 빔 머니퓰레이터를 포함하고, 검출기는 전자 빔과 샘플의 상호작용에 의해 야기되는 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검사 툴.
16. 14 항에 있어서, 프로빙 수단은 전자 빔 소스, X-선 빔 소스, 광학 검사 빔 소스 또는 원자간력 프로브를 포함하는 검사 툴.
17. 컴퓨터에서 실행될 때, 컴퓨터가 1 항 내지 12 항 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하게 하는 명령어들의 세트를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한 번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있으며, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수 있다는 것을 분명히 알 것이다.

Claims (12)

  1. 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 리소그래피 공정에 의해 생성되는 구조체를 검사하는 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 방법으로서,
    상기 리소그래피 시스템에 의해 수행되는 상기 리소그래피 공정에 대한 모델을 도출하는 단계 -상기 모델은 상기 리소그래피 시스템을 설명하는 시스템 변수들의 세트와 상기 리소그래피 공정으로 발생하는 상기 구조체를 나타내는 출력 변수 간의 관계를 포함함- ;
    상기 출력 변수에서의 1 이상의 시스템 변수의 관찰가능성(observability)을 결정하는 단계; 및
    상기 관찰가능성에 기초하여 상기 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템 변수들의 세트는 상기 리소그래피 공정의 1 이상의 입력 변수를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 변수는 상기 검사 툴에 의해 얻어지는 상기 구조체를 포함하는 관심 영역의 이미지를 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이미지는 전자 빔 검사 툴에 의해 얻어지는 상기 구조체의 2-차원 디지털 이미지를 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델은 정상 상태 수학적 모델(steady state mathematical model)인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델은 상기 리소그래피 시스템의 상태-공간 모델(state-space model)을 포함하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 출력 변수에서의 1 이상의 시스템 변수의 관찰가능성을 결정하는 단계는 상기 이미지의 어느 부분이 상기 1 이상의 시스템 변수의 변화들 또는 수정들에 의해 영향을 받는지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 검사 툴에 대한 측정 시퀀스를 결정하는 단계는 측정될 영역으로서 상기 이미지의 부분에 대응하는 관심 영역의 부분을 선택하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 검사 툴로서,
    샘플을 유지하도록 구성되는 대상물 테이블 -상기 샘플은 구조체를 포함함- ;
    상기 샘플을 검사하도록 구성되는 프로빙 수단(probing means);
    상기 샘플과 상기 프로빙 수단의 상호작용에 의해 야기되는 상기 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검출기;
    처리 유닛
    을 포함하고, 상기 처리 유닛은:
    상기 검출기로부터 상기 응답 신호를 수신하고;
    상기 응답 신호에 기초하여 상기 구조체의 이미지를 생성하도록 구성되며, 상기 처리 유닛은:
    상기 구조체를 검사하기 위한 측정 시퀀스를 수신하고 -상기 측정 시퀀스는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어짐- ;
    수신된 측정 시퀀스에 따라 상기 샘플을 검사하도록 더 구성되는 검사 툴.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로빙 수단은
    전자 빔을 생성하도록 구성되는 전자 빔 소스; 및
    상기 샘플 상으로 상기 전자 빔을 지향하도록 구성되는 빔 머니퓰레이터(beam manipulator)를 포함하고, 상기 검출기는 상기 전자 빔과 상기 샘플의 상호작용에 의해 야기되는 상기 샘플의 응답 신호를 검출하도록 구성되는 검사 툴.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로빙 수단은 전자 빔 소스, X-선 빔 소스, 광학 검사 빔 소스 또는 원자간력 프로브를 포함하는 검사 툴.
  12. 컴퓨터에서 실행될 때, 상기 컴퓨터가 제 1 항에 따른 방법을 수행하게 하는 명령어들의 세트를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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