KR20210090696A - 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하기 위한 타겟 - Google Patents

Abstract

리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 결정하기 위한 타겟으로서, 적어도 2개의 중첩 격자에 의해 형성된 제1 서브-타겟 - 제1 서브-타겟 중 하부에 놓인 격자는 제1 피치를 갖고, 제1 서브-타겟 중 상부에 놓인 격자는 제2 피치를 가짐 -; 및 적어도 2개의 중첩 격자에 의해 형성된 적어도 제2 서브-타겟 - 제2 서브-타겟 중 하부에 놓인 격자는 제3 피치를 갖고, 제2 서브-타겟 중 상부에 놓인 격자는 제4 피치를 가짐 - 을 포함한다.

Description

리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하기 위한 타겟

본 출원은 2018년 12월 4일자로 출원된 미국 출원 제62/775,295호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에 이용 가능한 계측을 위한 방법 및 장치, 그리고 리소그래피 기법을 이용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 방법에서 이용가능한 패터닝 디바이스 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 일반적으로 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용하는 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그러한 경우, 마스크 또는 레티클이라고도 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층상에 형성될 회로 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나의 다이 또는 수 개의 다이를 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하는 데 종종 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 오버레이(디바이스 내의 2개의 층들 사이의 정렬 정확도에 대한 척도)를 측정하기 위한 전문화된 툴을 포함하여 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 오버레이는 2개의 층 사이의 오정렬의 정도로 기술될 수 있는데, 예를 들어 1nm의 측정된 오버레이에 대한 언급은 2개의 층이 1nm만큼 오정렬된 상황을 나타낼 수 있다.

최근, 리소그래피 분야에서 사용하기 위한 다양한 형태의 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 "스펙트럼"을 얻고, 그로부터 타겟의 관심 특성을 결정할 수 있다. 관심 특성의 결정은 다양한 기법, 예를 들어 엄격 결합파 해석 또는 유한 요소 방법 등의 반복적인 접근법에 의한 타겟의 재구성; 라이브러리 탐색; 및 주성분 분석 등에 의해 수행될 수 있다.

기존의 스캐터로미터에 의해 사용되는 타겟은, 예컨대 40μm × 40μm 격자와 같은 비교적 큰 격자이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿을 생성한다(즉, 격자가 언더필됨). 이로써 타겟의 수학적 재구성이 단순화되는데, 이는 타겟이 실질적으로 무한하다고 간주될 수 있기 때문이다. 그러나, 예를 들어, 타겟이 스크라이브 레인보다는 제품 피처들 사이에 위치될 수 있도록, 타겟의 크기를 예컨대 10 ㎛ × 10 ㎛ 이하로 줄이기 위해서, 격자가 측정 스폿보다 작게 만들어진 계측법이 제안되어 왔다(즉, 격자가 오버필됨). 통상적으로 이러한 타겟은 0차 회절 차수(정반사에 대응)가 차단되고 더 높은 차수만이 처리되는 암시야 계측법을 이용하여 측정된다. 암시야 계측법의 예는 국제 특허 출원 WO　2009/078708 및 WO　2009/106279 에서 찾을 수 있으며, 이들 문헌은 원용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다. 이러한 기법의 추가 발전사항은 특허 공보 US20110027704A, US20110043791A 및 US20120242970A에 기재되어 있다. 처리량을 개선하기 위한 장치의 수정예는 US2010201963A1 및 US2011102753A1에 기재되어 있다. 이러한 문헌 모두의 내용 또한 원용에 의해 본원에 포함된다. 회절 차수의 암시야 검출을 이용하는 회절 기반 오버레이는 보다 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스폿보다 작을 수 있고 웨이퍼 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수 있다. 타겟은 하나의 이미지 내에서 측정될 수 있는 다수의 격자를 포함할 수 있다.

공지된 계측 기법에서는, -1 및 +1 회절 차수 세기를 별도로 얻기 위해 오버레이 타겟을 회전시키거나 조명 모드 또는 이미징 모드를 변경하면서, 특정 조건 하에서 오버레이 타겟을 두 번 측정함으로써 오버레이 측정 결과를 얻는다. 주어진 오버레이 타겟에 대한 세기 비대칭, 즉 이들 회절 차수 세기의 비교는 타겟에 있어서의 비대칭의 측정치를 제공한다. 오버레이 타겟에서의 이러한 비대칭은 오버레이(2개의 층의 원치 않는 오정렬)의 지표로서 사용될 수 있다.

4개의 별개의 서브-타겟을 사용하는 공지된 방법에서는, 패터닝된 영역의 특정 부분이 엣지 효과로 인해 사용될 수 없다. 반도체 제품 설계에서 공간의 효율적인 이용은 매우 중요하다. 2개의 특정 오프셋만 사용하게 되면 위에서 언급한 선형성에 대한 가정이 강요되므로, 실제 관계가 비선형일 때 부정확해질 수 있다. 사용되는 공지된 설계에서 오프셋의 수를 늘리면 사용되는 공간이 늘어날 것이다.

정확도를 높이고 및/또는 타겟을 위해 사용되는 공간을 줄이면서, 오버레이 또는 기타 성능 파라미터의 계측을 수행할 수 있는 것이 바람직하다.

제1 양태에서 본 발명은 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 결정하기 위한 타겟이 제공되는데, 타겟은: 적어도 2개의 중첩 격자에 의해 형성된 제1 서브-타겟 - 제1 서브-타겟 중 하부에 놓인 격자는 제1 피치를 갖고, 제1 서브-타겟 중 상부에 놓인 격자는 제2 피치를 가짐 -; 및 적어도 2개의 중첩 격자에 의해 형성된 적어도 제2 서브-타겟 - 제2 서브-타겟 중 하부에 놓인 격자는 제3 피치를 갖고, 제2 서브-타겟 중 상부에 놓인 격자는 제4 피치를 가짐 - 을 포함한다.

본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 동작뿐만 아니라 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 상세히 설명할 것이다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이러한 실시예는 단지 예시의 목적으로 여기에 제시된다. 추가적인 실시예는 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

이제 본 발명의 실시예에 관해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3은 (a) 제1 쌍의 조명 개구를 이용하여 타겟을 측정하는 데 사용하기 위한 암시야 스케터로미터의 개략도; (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부 사항; (c) 회절 기반 오버레이 측정을 위해 스캐터로미터를 이용함에 있어서 추가적인 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 개구; 및 (d) 제1 쌍 및 제2 쌍의 개구를 조합한 제3 쌍의 조명 개구를 나타낸다.
도 4은 다중 격자 타겟의 공지된 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 개요를 나타낸 것이다.
도 5는 도 3의 스캐터로미터에서 획득한 도 4의 타겟의 이미지를 나타낸다.
도 6은 본 명세서의 일 양태에 따른 연속적인 바이어스 피처를 포함하는 다중 격자 타겟의 제1 예를 나타낸다.
도 7는 도 3의 스캐터로미터에서 획득한 도 6의 타겟의 이미지를 나타낸다.

본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 리소그래피 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 광학 시스템(조명기)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 특정 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트로 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성된 투영 광학 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 광학 시스템은 방사선을 지향, 성형(shaping) 또는 제어하기 위한, 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전기형 또는 그 외 다른 유형의 광학 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합 등의 다양한 유형의 광학 또는 비광학 컴포넌트를 포함할 수 있다.

패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에 유지되고 있는지 여부 등의 기타 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 기계식, 진공식, 정전식 또는 다른 클램핑 기술을 사용하여 패터닝 디바이스를 유지할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 이동가능한 프레임 또는 테이블이 될 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있다. 본 명세서에서 "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 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상-시프팅 피처 또는 소위 어시스트 피처를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 점에 주목해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성되는 디바이스의 특정 기능 층에 해당할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피에서 잘 알려져 있으며 바이너리, 교번 위상 시프트 및 감쇠 위상 시프트와 같은 마스크 타입은 물론 다양한 하이브리드 마스크 타입을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예는 입사하는 방사선 빔을 다양한 방향으로 반사시키도록 각각 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 미러의 매트릭스 배열을 채용한다. 기울어진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 투과형(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)이다. 대안적으로, 장치는 반사형(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 채택하거나, 반사형 마스크를 채택함)일 수 있다.

또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있다. 액침액은 또한 리소그래피 장치의 다른 공간, 예를 들어, 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수 있다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키기 위해 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 함을 의미하는 것이 아니라 오히려 액체가 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 위치한다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 개체일 수 있다. 그러한 경우에, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 여겨지지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 이와 다른 경우, 예를 들어 방사선 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부분일 수 있다. 방사선 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.

조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경방향 치수(일반적으로 각각 외측-σ 및 내측-σ로 지칭됨)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(IN) 및 집광기(CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 조명기는 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지난 후, 투영 광학 시스템(PS)을 통과하여, 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔이 포커싱되고, 타겟부(C) 상에 패턴의 이미지를 투영하게 된다. 제2 위치설정기(PW)와 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 엔코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)를 이용하여, 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시켜, 예를 들어 여러 타겟부(C)를 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시적으로 도시되어 있지 않음)를 이용하여, 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터의 기계적 인출 이후 또는 스캔 중에, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 정확하게 위치시킬 수 있다.

패터닝 디바이스(예컨대, 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). 유사하게, 둘 이상의 다이가 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA) 상에 제공되는 상황에서 마스크 정렬 마크는 다이들 사이에 위치될 수 있다. 디바이스 피처 사이에서 다이 내에 작은 정렬 마커가 포함될 수도 있는데, 이러한 경우 마커는 가능한 작고 인접한 피처와는 다른 이미징 또는 프로세스 조건을 필요로 하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템에 관해 이하에서 더 설명할 것이다.

이러한 예에서 리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb) 및 기판 테이블이 그 사이에서 교환될 수 있는 2개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 이른바 듀얼 스테이지 타입이다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판이 측정 스테이션에서 나머지 기판 테이블 상에 로딩될 수 있고 다양한 준비 단계가 수행될 수 있다. 이러한 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 제어를 매핑하고 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 장치의 처리량을 실질적으로 증가시킬 수 있다.

도시된 리소그래피 장치는 예를 들어 스텝 모드 또는 스캔 모드를 포함하는 다양한 모드로 이용될 수 있다. 리소그래피 장치의 구성 및 동작은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으므로, 본 발명을 이해하기 위해 추가적인 설명은 불필요하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC) 또는 리소셀 또는 클러스터로 지칭되는 리소그래피 시스템의 일부를 형성한다. 리소그래피 셀(LC)은 또한 기판에 노광-전 및 노광-후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 현상기(DE), 냉각 플레이트(CH), 및 베이크 플레이트(BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일관되게 노광되도록, 노광된 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소셀(LC)이 그 안에 위치되는 제조 설비는, 리소셀 내에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 받아들이는 계측 시스템(MET)을 더 포함한다. 계측 결과는 감독 제어 시스템(SCS)에 직접적으로 또는 간접적으로 제공된다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광될 수 있을 정도로 검사가 충분히 신속하고 빠르게 수행될 수 있다면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판이 수율 개선을 위해 스트리핑 및 재작업될 수 있고, 또는 폐기될 수 있으며, 이로써 결함 있는 것으로 알려진 기판 상에서 추가 처리를 수행하는 것을 피하게 된다. 기판의 단지 특정 타겟 부분만이 결함 있는 경우, 양호한 타겟 부분에 대해서만 추가적인 노광이 행해질 수도 있다.

계측 시스템(MET) 내에서 검사 장치는 기판의 특성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판의 상이한 층들 또는 상이한 기판들의 특성이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 이러한 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있거나 독립형 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치가 노광 직후 노광된 레지스트 층에서 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상은 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간의 굴절율에 단지 아주 작은 차이가 있음 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행할 수 있을 정도로 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광후 베이크 단계(PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이러한 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나를 제거한 시점에서 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하거나, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에 측정을 행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 유용한 정보를 여전히 제공할 수 있다.

계측 장치가 도 3(a)에 도시되어 있다. 타겟(T)과 이러한 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선이 도 3(b)에 보다 상세히 예시되어 있다. 도시된 계측 장치는 암시야 계측 장치로서 알려진 유형이다. 여기에 도시된 계측 장치는 순전히 암시야 계측에 대한 설명을 제공하기 위한 일례이다. 이러한 계측 장치는 독립형 디바이스이어도 되고, 또는 예컨대 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA)에 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수도 있다. 장치 도처에서 여러 개의 브랜치를 갖는 광축은 점선 O로 표시되어 있다. 이러한 장치에서, 광원(11)(예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 빔 스플리터(15)를 통해 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배치된다. 기판 이미지를 여전히 검출기 상에 제공하고 동시에 공간 주파수 필터링을 위해 중간 퓨필 평면에 대한 액세스를 허용한다면, 상이한 렌즈 배열이 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 여기에서 (공액) 퓨필 평면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 퓨필 평면의 역-투영 이미지(back-projected image)인 평면에서, 렌즈(12)와 렌즈(14) 사이에 적합한 형태의 개구 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 예시된 실시예에서, 개구 플레이트(13)는 상이한 조명 모드가 선택될 수 있도록 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태를 갖는다. 본 예에서의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는, 단지 설명을 목적으로 "북쪽"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 개구 플레이트(13S)는 유사한 조명을 제공하지만 "남쪽"으로 표시된 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위해 이용된다. 상이한 개구를 사용함으로써 다른 조명 모드도 가능하다. 요구되는 조명 모드 밖의 임의의 불필요한 광은 요구되는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 기판(W)이 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인 상태로 배치된다. 기판(W)은 지지체(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도로 타겟(T) 상에 충돌하는 측정 방사선 광선(I)은 하나의 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(일점쇄선 +1과 이점쇄선 -1)을 발생시킨다. 오버필된 소형 타겟을 이용하는 경우, 이들 광선은 계측 타겟(T) 및 기타 피처를 포함한 기판의 영역을 커버하는 다수의 평행 광선 중의 단지 하나가 된다는 점을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 개구가 (유용한 광량을 허용하는데 필요한) 한정된 폭을 가지므로, 입사 광선(I)은 실제로는 일정 범위의 각도를 점유할 것이고, 회절 광선 0차와 +1/-1차가 다소 확산될(spread out) 것이다. 소형 타겟의 포인트 확산 함수에 따라, 각각의 차수 +1과 -1은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아니라 일정 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다. 타겟의 격자 피치 및 조명 각도는 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙의 광축과 근접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 도 3의 (a) 및 (b)에 예시된 광선은 순전히 이들이 도면에서 보다 용이하게 구별될 수 있도록 하기 위해 다소 축외인 것으로 도시되어 있다.

기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 적어도 0차와 +1차 회절 광선은 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 역으로 지향된다. 도 3(a)로 돌아가서, 제1 조명 모드와 제2 조명 모드 둘 모두가 북쪽(N)과 남쪽(S)으로 표시된 정반대 측의 개구를 지정하는 것으로 예시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽 측으로부터 기인한 것인 경우, 즉 제1 조명 모드가 개구 플레이트(13N)를 이용하여 적용된 경우에는, +1차 회절 광선(+1(N)으로 표시됨)이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 개구 플레이트(13S)를 이용하여 적용된 경우에는, -1차 회절 광선(-1(S)로 표시됨)이 렌즈(16)에 진입하는 광선이 된다.

제2의 빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 브랜치로 분할한다. 제1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 충돌하며, 이로써 이미지 처리가 차수를 비교하고 대비(contrast)할 수 있게 된다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 포커싱하거나 및/또는 1차 빔의 세기 측정치를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 퓨필 평면 이미지는 또한 재구성과 같은 수많은 측정 목적을 위해 사용될 수 있다.

제2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 브랜치에서, 퓨필 평면에 공액 관계를 이루는 평면에 구경 조리개(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하도록 기능한다. 센서(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이러한 이미지를 처리하는 프로세서(PU)에 출력되며, 프로세서의 기능은 수행되는 측정의 특정한 타입에 좌우될 것이다. "이미지"라는 용어는 본 명세서에서는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의하기 바란다. 이와 같은 격라 라인의 이미지는 -1 및 +1 차수 중의 하나만이 제공되는 경우에는 형성되지 않을 것이다.

도 3에 도시된 개구 플레이트(13) 및 시야 조리개(21)의 구체적인 형태는 단지 예에 불과하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 타겟의 축상 조명이 사용되고, 실질적으로 단지 하나의 1차 회절 광만을 센서에 전달하기 위하여 축외 개구를 갖는 구경 조리개가 사용된다. 다른 예로서 2-사분면 개구가 사용될 수도 있다. 이렇게 하면 위에서 언급한 US2010201963A1에 기술된 바와 같이 플러스 및 마이너스 차수를 동시에 검출할 수 있게 된다. 검출 브랜치 내에 광학 웨지(세그먼트화된 프리즘 또는 다른 적절한 요소)를 갖는 실시예는, 위에서 언급한 US2011102753A1에 기술된 바와 같이, 단일 이미지에서 공간적으로 이미징을 위해 차수를 분리하는 데에 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 측정에 있어서 1차 빔 대신 또는 1차 빔에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔(도 3에 도시되지 않음)이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 세그먼트화된 프리즘이 구경 조리개(21) 대신에 사용될 수 있으며, 이 경우 +1 및 -1 차수가 이미지 센서(23) 상의 공간적으로 분리된 위치에서 동시에 캡처될 수 있다.

측정 방사선을 이들 상이한 타입의 측정에 적합화시키기 위해, 개구 플레이트(13)는 원하는 패턴을 제 위치에 놓이게 하도록 회전하는 디스크 둘레에 형성된 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있다. 개구 플레이트(13N 또는 13S)는 하나의 방향(설정에 따라 X 또는 Y)으로 배향된 격자를 측정하는 데에만 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 직교 격자의 측정을 위해, 90 ° 및 270 °만큼 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 상이한 개구 플레이트가 도 3(c) 및 3(d)에 도시되어 있다. 이를 이용하는 것과 장치의 수많은 기타 변형예 및 응용예가 위에서 언급한 종래의 특허 문헌에 기술되어 있다.

도 4는 공지된 방법에 따라 기판 상에 형성된 오버레이 타겟 또는 복합 오버레이 타겟을 도시한다. 이러한 예에서의 오버레이 타겟은 조밀하게 함께 위치된 4개의 서브-타겟(예컨대, 격자)(32 내지 35)을 포함하여, 이들이 계측 장치의 계측 방사선 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있게 된다. 따라서 4개의 서브-오버레이 타겟은 모두 동시에 조명되고 센서(23) 상에 동시에 이미징된다. 오버레이의 측정에 전용화된 예에서, 서브-타겟(32 내지 35)은 그 자체로, 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 중첩되는 격자들에 의해 형성된 복합 구조체이다. 서브-타겟(32 내지 35)은 복합 서브-타겟의 상이한 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위해 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋들을 가질 수도 있다. 오버레이 바이어스의 의미는 이하에서 도 7과 관련하여 설명할 것이다. 서브-타겟(32 내지 35)은 또한, X 및 Y 방향으로 입사하는 방사선을 회절시키도록, 도시된 바와 같이 그 배향이 다를 수 있다. 일례에서, 서브-타겟(32 및 34)은 각각 +d, -d의 바이어스를 갖는 X-방향 서브-타겟이다. 서브-타겟(33 및 35)은 각각 오프셋 +d 및 -d를 갖는 Y-방향 서브-타겟이다. 이들 서브-타겟에 대한 별개의 이미지가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 오버레이 타겟의 한 가지 예시일 뿐이다. 오버레이 타겟은 4개보다 많거나 적은 서브-타겟을 포함할 수도 있다.

도 5는 도 3(d)로부터의 개구 플레이트(13NW 또는 13SE)를 이용하여, 도 3의 장치에서 도 4의 오버레이 타겟을 사용하여, 센서(23) 상에 형성되어 센서에 의해 검출될 수 있는 이미지의 예를 도시한다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 서브-타겟들(25a 내지 25d)을 분해할 수는 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 빗금친 영역(40)은, 기판 상의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징되는, 센서 상의 이미지의 필드를 나타낸다. 이러한 이미지 내에서, 직사각형 영역(42-45)은 작은 오버레이 서브-타겟(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 오버레이 타겟이 제품 영역에 있는 경우 이러한 이미지 필드의 주변부에 제품 피처가 보일 수도 있다. 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)는 패턴 인식을 사용해 이들 이미지를 처리하여 서브-타겟(32 내지 35)의 별개 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이런 식으로, 이미지는 센서 프레임 내의 특정 위치에 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이는 전체적으로 측정 장치의 처리량을 크게 개선한다.

일단 오버레이 타겟들의 별개 이미지가 식별되면, 이러한 개별 이미지의 세기가, 예를 들어 식별된 영역 내에서 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기 및/또는 다른 특성을 서로 비교할 수 있다. 리소그래피 프로세스의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 이러한 결과는 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예이다.

예를 들어 위에서 언급한 US20110027704A 등의 출원에 기술된 방법을 이용하면, 서브-타겟(32 내지 35) 내에서 2개의 층 사이의 오버레이 오차(즉, 원치 않는 그리고 의도하지 않은 오버레이 오정렬)가 측정된다. 이러한 방법은 마이크로 회절 기반 오버레이(μDBO)라고 할 수도 있다. 이러한 측정은, 세기 비대칭의 척도를 얻기 위해 +1차 및 -1차 암시야 이미지의 세기를 비교함으로써 드러나는 바와 같이 (다른 대응하는 더 높은 차수의 세기, 예컨대 +2 및 -2차를 비교할 수도 있음) 오버레이 타겟 비대칭을 통해 수행된다.

도 4에 예시된 것과 같은 다중 격자 타겟을 사용하는 알려진 방법에서는, 오버레이(OV)가 다음 식을 통해 결정될 수 있다.

여기서:

는 양의 바이어스 타겟으로부터의 +1 회절 차수이다(예컨대, 세기 값);

는 양의 바이어스 타겟으로부터의 -1 회절 차수이다;

는 음의 바이어스 타겟으로부터의 +1 회절 차수이다;

는 음의 바이어스 타겟으로부터의 -1 회절 차수이다;

(예컨대, 양의 바이어스 타겟으로부터의 +1차 및 -1차 세기의 비대칭);

(예컨대, 음의 바이어스 타겟으로부터의 +1차 및 -1차 세기의 비대칭).

식 1은 감도 계수 K에 관해 다시 표현될 수 있는데, 이러한 계수는 (완벽한 타겟이라 가정할 때) 오버레이와는 독립적이라는 특별한 특성을 갖는 스택 의존 파라미터이다.

여기서:

식 2는, 서브-타겟을 형성하는 격자의 피치와 비교하여, 작은 바이어스 값과 오버레이 오차의 가정에 기초하는 단순한 선형적인 식이지만, 보다 넓은 범위에 걸친 바이어스와 오버레이 오차에 대한 비대칭의 의존관계는 실질적으로 정현파 형태를 갖는다. 식 2의 선형 모델 대신에 정현파 모델을 사용할 수도 있다.

4개의 별개의 서브-타겟을 사용하는 공지된 방법에서는, 이미지(40) 내에서 서브-타겟들이 구별되도록 각 서브-타겟 주변에 경계를 필요로 한다(도 4 및 도 5에는 도시되어 있지 않음). 이는, 패터닝된 영역의 특정 부분이 엣지 효과로 인해 사용될 수 없음을 의미한다. 부가적으로, 2개의 특정 오프셋만 사용하게 되면 위에서 언급한 선형성에 대한 가정이 강요되므로, 실제 관계가 비선형일 때 부정확해질 수 있다.

다음 내용에서는 연속적인 바이어스 변동 및/또는 다수의 바이어스 값을 갖는 오버레이 타겟을 포함하는 솔루션을 제안한다. 방금 설명한 이미지 평면 오버레이 측정 기법에 적용될 때, 이러한 다수의 바이어스 값이 타겟 영역에 걸친 세기 이미지에 나타날 수 있다. 양호한 정보가 사용되고 있음을 보장하기 위해 선형성 및/또는 정현파 근사에 대한 검증이 수행될 수 있다. 또한, 오버레이 및 기타 요인에 대한 타겟 및 측정 장치의 감도에 대한 추가의 정보가 획득될 수 있다. 실시예는, 오버레이 격자를 형성하는 하나 또는 두 격자의 회전 또는 엇갈림(staggering)에 기초하여 예시될 것이다. 실시예는 상부 및 하부 격자의 상이한 피치에 기초하여 예시될 것이다. 적절한 설계를 통해 현재의 영역 중 더 많은 영역이 신호 결정에 사용될 수 있다. 현재 기술에 비해 타겟 크기가 줄어들고 및/또는 측정 정확도가 향상될 수 있다.

도 6은 개별적인 서브-타겟(632 내지 635)을 포함하는 다중 격자 타겟(600)을 도시한다. 도 4의 타겟에서와 같이 4개의 서브-타겟은 X 방향 측정을 위한 2개의 오버레이 격자와 Y 방향 측정을 위한 2개의 오버레이 격자를 포함한다. 그러나 각각의 격자 내에 고정된 오버레이 바이어스를 제공하는 대신, 음의 값, 양의 값 및 중간 값을 포함하는 다단(multi-step) 또는 연속적인 바이어스 변동이 제공된다. 격자(632 및 635)는 각각 X 및 Y에 따라 증가하는 바이어스 값을 갖는다. 반대로, 격자(633 및 634)는 각각 X 및 Y에 따라 감소하는 바이어스 값을 갖는다. 타겟(600) 및 개별적인 서브-타겟이 알려진 타겟과 동일한 치수를 갖는지 또는 더 크거나 더 작게 만들어지는지는 설계 선택의 문제이다.

도 7은 도 3의 장치에서 센서(23) 상에 캡처된 대응하는 이미지(740)를 개략적으로 나타낸다. 도면부호 742 내지 745는 개별적인 서브-타겟에 대응하는 세기 이미지 영역을 나타낸다. 각각의 서브-타겟에 걸친 바이어스의 변동으로 인해, 세기 값은 각 영역 내에서 일정하지 않고 변화한다. 관심 영역(ROI) 대신에, 도시된 바와 같이 바이어스 변동의 방향과 정렬된 "관심 라인"(LOI)를 상상할 수도 있다. 오버레이 측정을 얻기 위해 세기 정보를 처리하는 방식은 후술될 것이다. 먼저, 연속적인-바이어스 타겟의 다양한 가능한 구현이 예시될 것이다.

서브-타겟(632 내지 635)을 더 참조하면, 이들 타겟 각각을 형성하는 격자는 서로 다른 피치를 가질 수 있다. 서브-타겟(632)은 피치 pb632를 갖는 하부 격자를 가질 수 있고 피치 pt632를 갖는 상부 격자를 가질 수 있다. 유사한 방식으로, 서브-타겟(634)은 피치 pb634를 갖는 하부 격자 및 피치 pt634를 갖는 상부 격자를 가질 수 있다. 이러한 타겟은 도 3에 도시된 툴과 같은 계측 툴 내에서 방사선으로 조명될 때 도 3의 툴의 검출 센서 상에 모아레 패턴을 제공할 것이다. 이 경우 오버레이가 뒤따르는 모아레 간섭 패턴의 위상의 시프트로부터 추출된다.

현재의 모아레 계측의 문제는 오버레이 등의 관심 파라미터를 함유한 신호의 오염이며, 신호는 계측 타겟의 불완전한 격자, 반도체 웨이퍼 처리로 인한 불완전성에서 비롯된 것이다. 이러한 문제는 격자 비대칭 관련 난점으로 알려져 있다. 위에서 언급한 처리 효과로 인해, 이러한 타겟의 상부 및 하부 피치가 동일한 경우에도 서브-타겟(632 및 634)으로부터의 신호가 다를 수 있다. 또한, 광이 격자로부터 반사 및 회절되면서 스택을 통해 진행할 수 있는 다양한 경로로 인해(시차 효과), 측정된 신호에 더 많은 난점이 추가된다. 오버레이 신호로 이어지는 가장 지배적인 경로는, 상부 격자의 직접 회절과, 광이 상부 격자를 통해 0차로 투과되고 하부 격자로부터 반사로 1차 회절되며 최종적으로 상부 격자를 통해 0차로 투과되는 경로 사이의 간섭이다. 하부 격자로부터의 회절 후 632 및 634로부터의 회절 각도가 다르기 때문에 시차 효과도 달라질 것이다.

본 발명의 목적은 전술한 난점을 고려하여 보다 강건한 오버레이 측정법을 제공하고자 한다. 적어도 3개의 서로 다른 피치를 가진 격자를 포함하는 타겟 설계가 언급된 문제를 해결할 수 있다. 일 실시예에서, 하부 격자의 피치는 서브-타겟(632 및 634)에서 동일하다. 또한, 서브-타겟(632)은 피치 p1을 갖는 상부 격자를 갖는다. 또한, 서브-타겟(634)은 피치 p2을 갖는 상부 격자를 갖는다.

서브-타겟(632)은 모아레 피치 abs (P0 * P1 / (P0-P1))를 생성할 것이다.

서브-타겟(634)에 대한 대응하는 상황 또한 유사한 모아레 피치를 생성할 것이며, 다만 p1이 p2로 대체된다는 차이점이 있다.

따라서 P2 <> P1의 경우 솔루션은

이다.

그러므로, 이러한 3중-피치 설계를 이용하면 오버레이 추출이 전혀 영향을 받지 않을 것이다 - 유일한 수정 사항은 위상과 오버레이 간의 오버레이 비례가 이제 하부 피치 P0에 선형적으로만 의존한다는 것이다.

현재의 모아레 계측의 또 다른 문제는, 계측 타겟의 일부인 격자의 피치와 광의 파장 사이의 비율에 의해 광의 산란이 조절된다는 점에 기인한다. 당업계에 알려져 있는 바와 같이, 계측 툴에서 사용되는 산란 격자의 피치와 광의 파장을 선택하는 것은, 회절된 광의 특정 차수, 예를 들어 1차를 검출할 수 있으며, 이와 동시에 나머지 차수는 계측 툴의 센서 상에 제공되지 않도록 한다.

최신 기술의 문제는 이용 가능한 피치와 파장이 부족하기 때문에 유발된다. 따라서, 본 발명의 목적은 피치 및 파장의 선택권을 늘리는 방법을 제공하여 이러한 방식으로 리소그래피 또는 에칭 프로세스의 관심 파라미터(예를 들어 오버레이 등)의 보다 강건하고 정확한 계측을 가능하게 하는 것이다.

계측 타겟이 광으로 조명될 때 모아레 무늬가 형성되며, 계측 타겟은 피치 Pb를 갖는 하부 격자와 피치 Pt를 갖는 상부 격자를 포함한다. 이러한 격자에서 산란된 광은 간섭하여 센서 상에 모아레 무늬를 형성한다. 일례로서, 리소그래피 또는 에칭 프로세스의 관심 파라미터(예컨대, 오버레이)가 이러한 모아레 무늬의 위상으로부터 추가로 획득된다.

일 실시예로서 다수의 산란 차수가 이용되는 모아레 무늬의 형성에 관해 설명한다. 예를 들어, 피치 Pb를 갖는 하부 격자에 대해 n개의 차수 및 피치 Pt를 갖는 상부 격자에 대해 m개의 차수를 생성하도록 파장이 선택된다. 이러한 차수의 쌍은 다음 식에 따라 모아레 무늬를 생성한다:

여기서

는 모아레 피치이다. 이러한 방식으로, 전파되는 산란 차수 n과 m의 모든 조합이 별도의 모아레 피치에 포함된다. 결합된 신호에 대한 추가 푸리에 분석을 통해 개별적인 쌍 기여분을 추출할 수 있다. 타겟 설계는 위에 규정된 바와 같은 모아레 피치를 갖는 격자를 포함한다. 방법은 모아레 피치를 갖는 타겟을 방사선으로 조명하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 개별적인 차수 쌍들에 대한 기여분을 추출하기 위해 산란 신호의 푸리에 분석을 더 포함한다. 추가적인 방법은, 상이한 차수 쌍들에 대해 파장에 대한 오버레이를 측정하고 임계치에 도달할 때까지 상이한 파장에 대한 상이한 차수 쌍들에 대해 오버레이의 측정을 반복하는 단계를 포함하며, 여기서 임계치는 어떤 파장이 상이한 순서 쌍들에 대해 측정된 오버레이에 있어서 최소 변동을 제공하는지를 나타내는 것이다.

최신의 계측 타겟 및 연관된 계측 방법은 주로 동일한 피치의 격자를 갖는 타겟을 기반으로 한다. 프로세스 유발 변동의 관점에서, 오버레이 측정의 정확성이 복잡한 다중-파장 측정 또는 타겟 설계에 의해 보장되는 다양한 계측 방법이 알려져 있다. 동일한 피치 계측 방법에 사용되는 추가적인 파라미터는 상부와 하부 격자의 위치 간의 바이어스이며, 최신 기술은 단일 바이어스, 다수의 바이어스 또는 연속적으로 바이어스된 타겟을 구별한다.

다수의/연속적으로 바이어스된 타겟의 이용과 관련된 또 다른 문제는 다수의 바이어스를 수용하기 위해 웨이퍼 상에 넓은 영역이 필요하다는 점이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 타겟을 위해 필요한 면적을 줄이고 오버레이 정확도와 강건성을 개선하기 위해, 단일한 바이어스 및 다수의 바이어스/연속적으로 바이어스된 타겟 측정을 결합하거나, 다중-바이어스/연속되는 타겟으로부터 획득한 정보를 이용하여 단일한 바이어스 타겟으로 측정된 오버레이를 수정하는 방법을 제안하는 것이다. 일 실시예에서, 다수의 더 작은 단일한 바이어스 타겟들의 오버레이 측정을 교정하기 위해 몇 개의 다수의/연속적으로 바이어스된 타겟이 사용된다.

아래의 식은 단일한 바이어스 타겟 상에서 측정된 세기를 기술하는 것이며, 오버레이 측정을 허용하는 식이다:

여기서 A 및 B 파라미터는 격자의 회절 효율과 관련이 있으며, phi는 오버레이 위상, b는 바이어스, q는 광 경로 길이, λ는 광의 파장이다. A, B 및 q는 모두, 매우 스택 의존적인 방식으로 파장에 의존한다. 위의 식을 산출하는 여러 파장의 측정을 결합할 때 A, B, 및 q가 예기치 않은 방식으로 변한다면, 오버레이를 추출하기 위해 데이터에 대해 양호하게 조합된 근사를 수행할 수 없다. 그러나 다중-바이어스 타겟을 사용하는 경우(이론적으로는 노이즈가 없고 완벽한 이미징이 있는 경우 2개의 바이어스로 충분하지만 실제로는 4개 또는 8개의 바이어스가 필요함), 위의 식을 완전히 근사할 수 있고 파장마다 A, B, 및 q 파라미터를 추출할 수 있다. 이를 정규적인 단일 바이어스 타겟의 오버레이 추정에 대한 사전 지식으로 제공하여, 더 많은 비-이상적인 스택을 처리할 수 있다.

아래의 식은 연속적으로 바이어스된 타겟 상에서 측정된 세기를 기술하는 것이다.

여기서는 동일한 A 및 B 파라미터와 약간 다른 q 파라미터(알려진 방식으로 이전의 식에서의 q와 분석적으로 관련됨)를 볼 수 있다. 이러한 무늬의 진폭을 살펴보면, 코사인 항이 빠지고, 임의의 파장에 대해 A와 B를 복구할 수 있다. 파장을 통한 위상 시프트를 관찰함으로써 q를 파장의 함수로 추정할 수도 있다. 이러한 파라미터들이 연속적인-바이어스 타겟과 단일한 바이어스 타겟 간에 크게 변경되지 않는다고 가정하면(유사한 타겟 설계에 의해 보장됨), 단일한 바이어스 타겟에 대해 오버레이를 근사하는 알려진 파라미터를 사용하여, 매우 파장 의존적인 스택 응답을 갖는 곤란한 층들에 대한 오버레이를 결정하는 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.

더 많은 공간을 차지하고 정현파 함수를 덜 조밀하게 샘플링 함에도 불구하고, 다중 바이어스/연속적인 타겟을 사용할 때의 또 다른 이점은 카메라 노이즈 및 광학적 수차의 영향을 덜 받는다는 것이다.

앞서 기술한 타겟은 측정의 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 이와 다른 실시예에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분에 해당하는 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 많은 디바이스가 규칙적이고 격자 모양인 구조를 가지고 있다. 본 명세서에서 사용되는 "타겟 격자" 및 "타겟"이라는 용어는 수행되는 측정을 위해 특별히 구조체가 제공될 것을 요하지 않는다. 또한, 계측 타겟의 피치(P)는 스캐터로미터의 광학 시스템의 분해능 한계에 가깝지만, 타겟부(C)에서 리소그래피 프로세스에 의해 만들어진 전형적인 제품 피처의 치수보다 훨씬 클 수 있다. 실제로, 타겟 내의 오버레이 격자의 라인 및/또는 공간은, 제품 피처와 치수가 유사한 더 작은 구조체를 포함하도록 만들어질 수 있다.

기판 및 패터닝 디바이스 상에서 실현되는 것과 같은 타겟의 물리적 격자 구조체와 관련하여, 일 실시예는, 리소그래피 프로세스에 관한 정보를 얻기 위해 기판 상의 타겟을 측정하고 및/또는 측정치를 분석하는 방법을 기술하는 기계 판독 가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 도 3의 장치의 유닛(PU) 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 그러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 기존의 계측 장치(예를 들어 도 3에 도시된 타입)가 이미 생산 및/또는 사용 중인 경우, 본 발명은 프로세서로 하여금 단계 S1-S6를 수행하게 하여 오버레이 오차를 계산하게 하도록 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품을 제공함으로써 구현될 수 있다.

프로그램은 선택적으로 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 배열되어 적절한 복수의 타겟 상에서 비대칭 측정을 위해 단계 S1-S6를 수행할 수도 있다.

본 발명에 따른 추가 실시예는 아래의 번호가 매겨진 조항에서 추가로 기술된다.

광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특별히 언급하였지만, 본 발명은 다른 응용예, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서도 이용될 수 있고, 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않음이 인식될 것이다. 임프린트 리소그래피에서는 패터닝 디바이스의 토포그래피가 기판 상에 생성되는 패턴을 규정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있고, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후 레지스트로부터 분리되어 레지스트에 패턴을 남겨둔다.

본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV)선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV)선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선 뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔 등의 입자 빔을 포괄한다.

문맥이 허용하는 경우, "렌즈"라는 용어는 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형 및 정전형 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 컴포넌트 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 일반적인 본질을 충분히 드러낼 것이므로, 당업계 내의 지식을 적용함으로써, 과도한 실험없이, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고도, 이러한 특정 실시예를 용이하게 수정하고 및/또는 다양한 응용을 위해 적응시킬 수 있을 것이다. 그러므로, 그러한 적응예 및 수정예는 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여 개시된 실시예의 균등물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 어구 또는 용어는 이러한 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석될 수 있도록 예시적인 설명을 하기 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다.

본 발명의 범위 및 폭은 전술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구범위 및 그 균등범위에 따라서만 규정되어야 한다.

Claims (3)

1. 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 결정하기 위한 타겟으로서,
   적어도 2개의 중첩 격자에 의해 형성된 제1 서브-타겟 - 제1 서브-타겟 중 하부에 놓인 격자는 제1 피치를 갖고, 제1 서브-타겟 중 상부에 놓인 격자는 제2 피치를 가짐 -; 및
   적어도 2개의 중첩 격자에 의해 형성된 적어도 제2 서브-타겟 - 제2 서브-타겟 중 하부에 놓인 격자는 제3 피치를 갖고, 제2 서브-타겟 중 상부에 놓인 격자는 제4 피치를 가짐 - 을 포함하는, 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 결정하기 위한 타겟.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 피치와 상기 제3 피치는 동일한, 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 결정하기 위한 타겟.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3 피치와 상기 제4 피치는 동일한, 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 결정하기 위한 타겟.

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