KR20220051433A - 계측 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
하나 이상의 측정 품질 파라미터에 대하여, 패터닝 프로세스를 사용하여 처리된 기판의 계측 타겟의 측정과 연관된 복수 개의 편광 특성을 평가하는 단계; 및 상기 측정 품질 파라미터 중 하나 이상에 기반하여, 상기 복수 개의 편광 특성 중에서 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017 년 9 월 6 일에 출원되고 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합되는 EP 출원 번호 17189662.4의 우선권을 주장한다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에서 사용가능한 검사(예를 들어, 계측) 방법, 및 장치 및 리소그래피 기법을 사용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 불리는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
패터닝 프로세스(즉, 패터닝을 수반하는 디바이스 또는 다른 구조체를 생성하는 프로세스(예컨대 리소그래피 노광 또는 임프린트), 통상적으로 레지스트의 현상, 에칭 등)를 포함할 수 있음)를 가능하게 하는 데에 중요한 양태에는, 프로세스 자체를 개발하는 것, 이것을 모니터링 및 제어를 위하여 셋업하는 것, 그리고 그 후에 프로세스 자체를 실제로 모니터링 및 제어하는 것을 포함할 수 있다. 패터닝 프로세스의 기본적인 구성을 가정하면(패터닝 디바이스 패턴(들), 레지스트 타입(들), 사후-리소그래피 프로세스 단계(현상, 에칭 등과 같음) 등과 같음), 패턴을 기판 상에 전사하기 위해 패터닝 프로세스에서 장치를 셋업하고, 프로세스를 모니터링하기 위한 하나 이상의 계측 타겟을 현상하며, 계측 타겟을 측정하기 위해 계측 프로세스를 셋업하며, 그 후에 프로세스를 측정에 기초하여 모니터링 및/또는 제어하는 프로세스를 구현하는 것이 바람직하다.
따라서, 패터닝 프로세스에서, 구조체의 임계 치수(CD), 기판 안에 또는 위에 형성된 연속 층들 사이의 오버레이 오차(즉, 연속하는 층들의 원치 않고 의도되지 않은 오정렬) 등과 같은 하나 이상의 관심 파라미터를 결정하는 것(예를 들어, 측정, 패터닝 프로세스의 하나 이상의 양태를 모델링하는 하나 이상의 모델을 시뮬레이션하는 등)이 바람직하다.
패터닝 프로세스에 의하여 생성된 구조체에 대한 이러한 하나 이상의 관심 파라미터를 결정하고, 이들을 패터닝 프로세스에 관련된 디자인, 제어 및/또는 모니터링을 위하여, 예를 들어 프로세스 디자인, 제어 및/또는 증명을 위하여 사용하는 것이 바람직하다. 패터닝된 구조체의 결정된 하나 이상의 관심 파라미터는 패터닝 프로세스 디자인, 정정 및/또는 검증, 결함 검출 또는 분류, 수율 추정 및/또는 프로세스 제어를 위하여 사용될 수 있다.
따라서, 패터닝 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위하여 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 디바이스에 있는 두 개의 층들의 정렬 정확도의 척도인 오버레이를 측정하는 전문 툴과 같이, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있다. 오버레이는 두 층들 사이의 오정렬의 정도에 관하여 기술될 수 있는데, 예를 들어 1nm의 두 층들 사이의 오정렬의 정도를 참조하면 이것은 두 개의 층들이 1nm만큼 오정렬된다는 상황을 기술할 수 있다.
다양한 형태의 검사 장치(예를 들어 계측 장치)가 리소그래피 분야에서 사용되도록 개발되어 왔다. 이러한 디바이스들은 방사선 빔을 타겟 위로 지향시키고 재지향된(예를 들어, 산란된) 방사선의 하나 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수인 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수인 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 -을 측정하여 "스펙트럼"을 획득하고, 타겟의 관심 속성은 이러한 스펙트럼으로부터 결정될 수 있다. 관심 특성은 다양한 기법: 예를 들어, 정밀 결합 파 분석(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법(finite element method)과 같은 반복적 접근법에 의한 타겟의 재구성; 라이브러리 검색; 및 주된 컴포넌트 분석에 의하여 결정될 수 있다.
추가적인 기법은, 차단된 회절의 0차수(경면 반사에 대응함)를 가지는 것을 수반하고, 더 높은 차수들만 처리된다. 이러한 계측의 예들은 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 발견될 수 있는데, 이들은 그 전부가 원용에 의해 본 명세서에 통합된다. 이러한 기법의 다른 개발예들은 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2011-0027704, US 2011-0043791 및 US 2012-0242940에 기술되었으며, 이들 각각은 그 전부가 본 명세서에 통합된다. 이러한 회절-기초 기법은 오버레이를 측정하기 위하여 통상적으로 사용된다. 이러한 기법들을 위한 타겟은 조명 스폿 보다 더 작을 수 있고, 기판 상의 제품 구조체에 의하여 둘러싸일 수도 있다. 타겟은 하나의 이미지에서 측정될 수 있는 다수의 주기적 구조체를 포함할 수 있다. 이러한 계측 기법의 특정 형태에서, 오버레이 측정 결과들은, -1 차와 +1 차 회절 차수 세기를 개별적으로 획득하도록 타겟을 회전시키거나 조명 또는 이미징 모드를 변경시켜서, 타겟을 특정 조건에서 두 번 측정함으로써 획득된다. 주어진 타겟에 대한 세기 비대칭, 이러한 회절 차수 세기의 비교는 타겟 비대칭, 즉 타겟 내의 비대칭의 측정을 제공한다. 타겟에 있는 이러한 비대칭은 오버레이 오차의 표시자로서 사용될 수 있다.
오버레이 측정의 예에서, 이들은 오버레이(즉, 오버레이 오차 및 의도적인 바이어스)가 타겟에 있는 타겟 비대칭의 유일한 원인이라는 가정에 기초한다. 타겟 내에, 상부 층 내의, 상부 층에 있는 주기적 구조체에 의해 오버레이된 하부층에 있는 주기적 구조체 내의, 또는 양자 모두에 임의의 다른 비대칭이 있으면, 1 차수(또는 다른 더 높은 차수)에 세기 비대칭이 생긴다. 타겟에 있는 이러한 다른 비대칭에 기인하고 오버레이에 관련되지 않는 이러한 세기 비대칭(의도적인 바이어스를 포함함)은 오버레이 측정을 교란시켜서, 부정확한 오버레이 측정이 얻어지게 한다. 타겟의 하부 또는 하단 주기적 구조체에 있는 비대칭이 구조적 비대칭의 공통 형태이다. 이것은, 예를 들어 하단 주기 구조체가 최초 형성된 이후에 수행되는 화학적-기계적 연마(CMP)와 같은 기판 처리 단계 동안 생길 수 있다. 오버레이 측정과 같은 계측 측정의 검출가능성, 정확도 및/또는 견실성을 개선하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 하나 이상의 측정 품질 파라미터에 대하여, 패터닝 프로세스를 사용하여 처리된 기판의 계측 타겟의 측정과 연관된 복수 개의 편광 특성을 평가하는 단계; 및 상기 측정 품질 파라미터 중 하나 이상에 기반하여, 상기 복수 개의 편광 특성 중에서 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.
다른 피쳐 및 장점 및 다양한 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 예시를 위해 제공될 뿐이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하는 추가적인 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다.
실시예들은 첨부 도면을 참조하여 오직 예시를 통하여 이제 설명될 것이다:
도 1은 리소그래피 장치의 일 실시예를 도시한다;
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터의 일 실시예를 도시한다;
도 3은 예시적인 검사 장치 및 계측 기법을 개략적으로 도시한다;
도 4는 예시적인 검사 장치를 개략적으로 도시한다;
도 5는 검사 장치의 조명 스폿과 계측 타겟 사이의 조명 스폿을 예시한다;
도 6은 측정 데이터에 기반하여 복수 개의 관심 변수를 유도하는 프로세스를 개략적으로 보여준다;
도 7a는 제 1 쌍의 조명 애퍼쳐를 사용하여 타겟을 측정하도록 구성되는 검사 장치(예를 들어, 이러한 경우에서는 암시야 산란계)의 개략도를 도시한다;
도 7b는 조명의 주어진 방향에 대한 타겟 주기적 구조체의 회절 스펙트럼의 상세도를 개략적으로 도시한다;
도 7c는 회절에 기초한 오버레이 측정을 위해 도 7a의 검사 장치를 사용할 때에 추가적인 조명 모드를 제공하는 조명 애퍼쳐의 제 2 쌍을 개략적으로 도시한다;
도 7d는 애퍼쳐들의 제 1 및 제 2 쌍을 결합하는 조명 애퍼쳐의 제 3 쌍을 개략적으로 도시한다;
도 8은 다수의 주기적 구조체의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 개요를 도시한다;
도 9는 도 7a의 검사 장치에서 획득되는 도 8의 타겟의 이미지를 도시한다;
도 10은 도 3의 검사 장치를 사용한 오버레이 측정 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이다;
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 제로의 영역에서 상이한 오버레이 값을 가지는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면을 각각 보여준다;
도 11d는 처리 효과에 기인한 하단 주기적 구조체 내의 구조적 비대칭을 가지는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면도이다;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정하기 위해 사용되는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면도이다;
도 13은 구조적 비대칭에 노출되지 않는, 이상적인 타겟에 있는 오버레이 측정의 원리를 예시한다;
도 14는 본 발명에 개시된 바와 같은 구조적 비대칭의 정정이 있는 경우의, 비-이상적인 타겟 구조체에 있는 오버레이 측정의 원리를 예시한다;
도 15는 단일 파장에 대한 다양한 편광각에서의 측정을 위한 타겟에 대한 회절 효율의 그래프이다;
도 16은 단일 파장에 대한 다양한 파장에서의 측정을 위한 타겟에 대한 스택 감도의 그래프이다;
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따르는 계측 장치의 일부의 개략도이다;
도 18은 조명 광의 두 개의 직교 편광들 사이의 다양한 위상차 및 조명 방사선의 파장들에서의 측정에 대한, 타겟에 대한 오버레이 감도의 그래프이다;
도 19는 오버레이 감도가 본 발명의 일 실시예에 따라 어떻게 증가될 수 있는지를 보여주는 개략도이다.
도 1은 리소그래피 장치의 일 실시예를 도시한다;
도 2는 리소그래피 셀 또는 클러스터의 일 실시예를 도시한다;
도 3은 예시적인 검사 장치 및 계측 기법을 개략적으로 도시한다;
도 4는 예시적인 검사 장치를 개략적으로 도시한다;
도 5는 검사 장치의 조명 스폿과 계측 타겟 사이의 조명 스폿을 예시한다;
도 6은 측정 데이터에 기반하여 복수 개의 관심 변수를 유도하는 프로세스를 개략적으로 보여준다;
도 7a는 제 1 쌍의 조명 애퍼쳐를 사용하여 타겟을 측정하도록 구성되는 검사 장치(예를 들어, 이러한 경우에서는 암시야 산란계)의 개략도를 도시한다;
도 7b는 조명의 주어진 방향에 대한 타겟 주기적 구조체의 회절 스펙트럼의 상세도를 개략적으로 도시한다;
도 7c는 회절에 기초한 오버레이 측정을 위해 도 7a의 검사 장치를 사용할 때에 추가적인 조명 모드를 제공하는 조명 애퍼쳐의 제 2 쌍을 개략적으로 도시한다;
도 7d는 애퍼쳐들의 제 1 및 제 2 쌍을 결합하는 조명 애퍼쳐의 제 3 쌍을 개략적으로 도시한다;
도 8은 다수의 주기적 구조체의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 개요를 도시한다;
도 9는 도 7a의 검사 장치에서 획득되는 도 8의 타겟의 이미지를 도시한다;
도 10은 도 3의 검사 장치를 사용한 오버레이 측정 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이다;
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 제로의 영역에서 상이한 오버레이 값을 가지는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면을 각각 보여준다;
도 11d는 처리 효과에 기인한 하단 주기적 구조체 내의 구조적 비대칭을 가지는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면도이다;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정하기 위해 사용되는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면도이다;
도 13은 구조적 비대칭에 노출되지 않는, 이상적인 타겟에 있는 오버레이 측정의 원리를 예시한다;
도 14는 본 발명에 개시된 바와 같은 구조적 비대칭의 정정이 있는 경우의, 비-이상적인 타겟 구조체에 있는 오버레이 측정의 원리를 예시한다;
도 15는 단일 파장에 대한 다양한 편광각에서의 측정을 위한 타겟에 대한 회절 효율의 그래프이다;
도 16은 단일 파장에 대한 다양한 파장에서의 측정을 위한 타겟에 대한 스택 감도의 그래프이다;
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따르는 계측 장치의 일부의 개략도이다;
도 18은 조명 광의 두 개의 직교 편광들 사이의 다양한 위상차 및 조명 방사선의 파장들에서의 측정에 대한, 타겟에 대한 오버레이 감도의 그래프이다;
도 19는 오버레이 감도가 본 발명의 일 실시예에 따라 어떻게 증가될 수 있는지를 보여주는 개략도이다.
본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 이러한 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 광학 시스템(조명기(illuminator; IL)); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지대 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼(W)를 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판을 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 광학 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 광학 시스템은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절형, 반사형, 자기적, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수도 있다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 시프트 피쳐(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피쳐(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟부, 예컨대 집적 회로 내에 생성되는 중인 디바이스 내의 특정한 기능성 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과식 또는 반사식일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 및 프로그램가능(LCD) 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에 잘 알려져 있으며, 이진, 교번 위상-시프트, 감쇄 위상-시프트, 및 다양한 하이브리드 마스크 타입과 같은 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일 예는 소형 미러들의 매트릭스 정렬을 채용하는데, 이들 각각은 인입하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사하기 위하여 개별적으로 틸팅될 수 있다. 틸팅된 미러는 미러 매트릭스에 의하여 반사된 방사선 빔 내에 패턴을 부여한다.
도시된 것처럼, 장치는 투과식이다(예를 들어, 투과식 마스크를 채용). 또는, 장치는 반사식 타입(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 있다.
리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있다. 침지액은 또한 예컨대 마스크 및 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 도포될 수 있다. 침지 기법은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "침지"라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨져야 하는 것을 의미하지 않고, 그보다는 노광 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 빔을 방사원(SO)으로부터 수광한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우에, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 소스가 수은 램프인 경우에, 이러한 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요할 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기(IL)의 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)는 조절될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator; IN) 및 집광기(condenser; CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일성 및 세기 분포를 가지도록 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA))를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 광학 시스템(PS)을 통과하여, 패턴의 이미지를 타겟부(C) 상에 투영한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치설정하기 위하여, 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수도 있다. 마찬가지로, 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA))에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다. 작은 정렬 마커들도 역시 다이에, 그리고 디바이스 피쳐들 사이에 포함될 수 있는데, 이러한 경우 마커는 가능한 한 작고 인접한 피쳐에 비하여 임의의 다른 이미징 또는 프로세스 조건을 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템이 상세히 후술된다.
이러한 예에서 리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 그들 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 가지는, 소위 듀얼 스테이지 타입이다. 하나의 기판 테이블에 있는 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에 있는 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있고, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 것과 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수도 있다. 그러면 리소그래피 장치의 쓰루풋이 크게 증가할 수 있다.
도시된 장치는 예를 들어 스텝 모드 또는 스캔 모드를 포함하는 다양한 모드에서 사용될 수 있다. 리소그래피 장치의 구조 및 동작은 당업자들에게 잘 알려져 있으며, 본 발명의 실시예의 이해를 위해서 더 설명될 필요가 없다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는, 리소그래피 셀(LC) 또는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고 불리는, 리소그래피 시스템의 일부를 형성한다. 리소그래피 셀(LC)은 사전-노광 및 사후-노광 프로세스를 기판에 수행하기 위한 장치를 더 포함할 수 있다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 침착시키기 위한 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate; CH), 및 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이들을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system; 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.
적어도 하나의 패터닝 단계(예를 들어, 광 리소그래피 단계)를 포함하는 패터닝 프로세스(예를 들어, 디바이스 제조 프로세스)를 설계, 모니터링, 및 제어 등을 하기 위하여, 패터닝된 기판이 검사될 수 있고 패터닝된 기판의 하나 이상의 파라미터가 측정된다. 하나 이상의 파라미터는, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 그 위에 형성된 연속 층들 사이의 오버레이, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 그 위에 형성된 피쳐의 임계 치수(CD)(예를 들어, 임계 선폭), 광 리소그래피 단계의 초점 또는 초점 오차, 광 리소그래피 단계의 선량 또는 선량 오차, 광 리소그래피 단계의 광수차 등을 포함할 수 있다. 이러한 측정은 제품 기판 자체 및/또는 기판 상에 제공된 전용의 계측 타겟 상에서 수행될 수 있다. 주사 전자 현미경(scanning electron microscope), 영상-기초 측정 또는 검사 툴 및/또는 다양한 특수 기기를 사용하는 것을 포함하는 패터닝 프로세스에서 형성된 구조체를 측정하기 위한 다양한 기법들이 존재한다. 상대적으로 신속하고 비침투식인 형태의 특수 측정 및 검사 툴은, 방사선의 빔이 기판면 상의 타겟 상으로 디렉팅되고 산란된(회절/반사된) 빔이 측정되는 것이다. 빔이 기판에 의해 산란되기 전과 후의 하나 이상의 빔의 특성을 비교함으로써, 기판의 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다. 이것은 회절-기초 계측 또는 검사라고 명명될 수 있다.
도 3은 예시적인 검사 장치(예를 들어, 산란계)를 도시한다. 이것은 방사선을 기판(W) 상에 투영하는 브로드밴드(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 재지향된 방사선은 분광계 검출기(4)로 전달되고, 이것은 예를 들어 좌측 아래의 그래프에 표시된 것과 같은 정반사된 방사선의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서의 세기)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 도 3의 우측 아래에 도시한 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 구조 또는 프로파일이 프로세서(PU)에 의해 재구성될 수도 있다. 일반적으로, 재구성을 위해서는, 그 구조의 전반적인 형태가 알려져 있으며 일부 변수는 이러한 구조를 제조하는 프로세스에 대한 정보로부터 추정되어, 이러한 구조의 소수의 변수만이 측정된 데이터로부터 결정되도록 남게 된다. 이러한 검사 장치는 수직 입사(normal-incidence) 검사 장치 또는 경사 입사(oblique-incidence) 검사 장치로서 구성될 수 있다.
사용될 수 있는 다른 검사 장치가 도 4에 도시된다. 이러한 장치에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(120)을 이용하여 시준되고, 간섭 필터(130) 및 편광자(polarizer)(170)를 통하여 투과되며, 부분 반사면(160)에 의해 반사되고, 바람직하게는 적어도 약 0.9 및 더 바람직하게는 적어도 약 0.95의 높은 개구수(NA)를 가지는 대물 렌즈(150)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S)에 포커스된다. 심지어 침지 검사 장치(물과 같은 상대적으로 높은 굴절률의 유체를 사용함)는 1 이 넘는 개구수를 가질 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)에서와 같이, 하나 이상의 기판 테이블이 측정 동작 중에 기판(W)을 홀딩하기 위해 제공될 수 있다. 기판 테이블은 형태상 도 1의 기판 테이블(WT)과 유사하거나 동일할 수 있다. 검사 장치가 리소그래피 장치와 통합되는 일 예에서, 이들은 동일한 기판 테이블일 수도 있다. 측정 광학계에 대해 기판을 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 개략적 위치설정기 및 미세 위치설정기가 제공될 수 있다. 예를 들어 관심 타겟의 위치를 얻고 이것을 대물 렌즈(150) 아래의 위치로 데려가기 위해서, 다양한 센서 및 액츄에이터가 제공된다. 통상적으로, 기판(W)에 걸친 상이한 위치에서 타겟에 많은 측정이 이루어질 것이다. 기판 지지체는 X 및 Y 방향으로 이동되어 상이한 타겟들을 얻을 수 있고, Z 방향으로 이동되어 광학 시스템의 초점에 대한 타겟의 원하는 위치를 얻을 수 있다. 예를 들어 실제로 광학 시스템이 실질적으로 정지된 상태를 유지하고(통상적으로 X 및 Y 방향이지만 Z 방향에서도 정지될 수 있음) 기판만이 이동하는 경우, 대물 렌즈가 기판에 대해 상대적으로 상이한 위치로 이동되고 있는 것처럼 동작을 이해하고 설명하는 것이 편리하다. 기판 및 광학 시스템의 상대 위치가 정확하다면, 이들 중 어느 것이 실제로 이동하고 있는지, 또는 둘 다 이동하는 중인지, 또는 광학 시스템의 일부의 조합이 이동하며(예를 들어, Z 및/또는 틸트 방향으로) 광학 시스템의 나머지가 정지된 상태이고 기판이 이동하는지(예를 들어, X 및 Y 방향이지만, 선택적으로 Z 및/또는 틸트 방향으로도 이동가능함)는 이론 상 중요하지 않다.
스펙트럼(spectrum)이 검출되게 하기 위하여, 기판(W)에 의해 재지향된 방사선은 이제 부분 반사면(160)을 통해 검출기(180)에 진입한다. 검출기(180)는(후방 투영 퓨필 평면(back-projected pupil plane)(110)에 위치될 수 있고(예를 들어, 대물 렌즈(150)의 초점 거리(focal length)에 위치함), 또는, 평면(110)은 보조 광학기(도시 안 됨)에 의해 검출기(180) 상에 재결상될(re-imaged) 수도 있다. 검출기는 기판 타겟(30)의 2차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2차원 검출기일 수 있다. 검출기(180)는 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서의 어레이일 수도 있으며, 예컨대 프레임당 40 ms의 노출 시간(integration time)을 사용할 수도 있다.
입사 방사선의 세기를 측정하기 위해, 예를 들어 레퍼런스 빔이 사용될 수 있다. 이를 위해, 방사선 빔이 부분 반사면(160)에 입사되면, 방사선 빔의 일부는 부분 반사면(160)을 투과하여 기준 빔으로서 기준 미러(140)를 향하게 된다. 기준 빔은 그 후 동일한 검출기(180)의 상이한 부분 상에 투영되거나 또는 이와 달리 상이한 검출기(도시하지 않음) 상으로 투영된다.
예를 들면 405 - 790 nm 또는 그보다 낮은, 예컨대 200 - 300 nm와 같은 범위의 관심 파장을 선택하기 위해 하나 이상의 간섭 필터(130)의 세트가 이용될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터의 세트를 포함하기보다는 튜닝가능할 수도 있다. 간섭 필터 대신 격자(grating)가 이용될 수 있다. 애퍼쳐 스톱 또는 공간 광 변조기(미도시)가 조명 경로에 제공되어 타겟 상의 방사선의 입사각의 범위를 제어할 수 있다.
검출기(180)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서의 재지향된 방사선의 세기를 측정할 수도 있고, 여러 파장에서의 세기를 별도로 측정할 수도 있으며, 또는 일정 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수도 있다. 또한, 검출기는 횡자기 편광(transverse magnetic-polarized) 및 횡전기 편광 방사선(transverse electric-polarized radiation)의 세기, 및/또는 횡자기 편광 방사선과 횡전기 편광 방사선 간의 위상차를 별도로 측정할 수도 있다.
기판(W) 상의 타겟(30)은 1-D 격자일 수도 있으며, 이 1-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 고상의 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 프린트된다. 타겟(30)은 2-D 격자일 수도 있으며, 이 2-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 솔리드 레지스트 필라(solid resist pillar) 또는 레지스트 내의 비아(via)로 형성되도록 프린트된다. 바, 필라 또는 비아는 기판 내에 또는 기판 상에(예를 들어, 기판 상의 하나 이상의 층 내에) 에칭될 수 있다. 패턴(예를 들어, 바, 필라 또는 비아의 패턴)은 패터닝 프로세스 중 처리에 있어서의 변화(예를 들어, 리소그래피 투영 장치(특히 투영 시스템(PS)) 내의 광학 수차, 초점 변화, 선량 변화 등)에 민감하고, 인쇄된 격자에서의 변동으로 나타날 것이다. 이에 따라, 프린트된 격자의 측정된 데이터가 격자를 재구성하는데 이용된다. 인쇄 단계 및/또는 다른 검사 프로세스의 지식으로부터, 라인 폭 및 라인 형상과 같은 1-D 격자의 하나 이상의 파라미터 또는 필라 또는 비아의 폭 또는 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 하나 이상의 파라미터가, 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.
재구성에 의한 파라미터의 측정에 추가하여, 회절-기반 계측 또는 검사가 제품 및/또는 레지스트 패턴 내의 피쳐의 비대칭의 측정에 사용될 수 있다. 비대칭 측정의 특정한 응용예는 예를 들어 오버레이의 측정을 위한 것이지만, 하지만 다른 응용예도 역시 알려져 있다. 이러한 경우에, 타겟(30)은 서로 중첩된 주기적 피쳐들의 하나의 세트를 통상적으로 포함한다. 예를 들어, 비대칭은 타겟(30)으로부터 오는 회절 스펙트럼의 반대 부분들을 비교함으로써(예를 들어, 주기적 격자의 회절 스펙트럼 내의 -1차 및 +1차를 비교함으로써) 측정될 수 있다. 도 3 또는 도 4의 기구를 사용하는 비대칭 측정의 개념은, 예를 들어 미국 특허 공개 번호 US2006-066855에 기술되는데, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 간단히 말하면, 타겟의 회절 스펙트럼 내의 회절 차수의 위치가 타겟의 주기성에 의해서만 결정되는 반면에, 회절 스펙트럼 내의 비대칭은 타겟을 이루는 개개의 피쳐들에 있는 비대칭을 표시한다. 검출기(180)가 이미지 센서일 수 있는 도 4의 기구에서, 회절 차수에 있는 이러한 비대칭은 검출기(180)에 의해 기록된 퓨필 이미지 내의 비대칭으로서 직접적으로 나타난다. 이러한 비대칭은 유닛(PU) 내에 있는 디지털 이미지 처리에 의해 측정되고, 오버레이의 공지된 값에 대하여 교정될 수 있다.
도 5는 도 4의 장치에서의 통상적인 타겟(30), 및 조명 스폿(S)의 평면도를 도시한다. 주변 구조체로부터의 간섭이 없는 회절 스펙트럼을 얻기 위해서, 일 실시예에서 타겟(30)은 조명 스폿(S)의 폭(예를 들어, 직경) 보다 더 큰 주기적 구조체(예를 들어, 격자)이다. 스폿(S)의 폭은 타겟의 폭과 길이보다 작을 수 있다. 다르게 말하면, 타겟은 조명에 의해 '언더필되고(underfilled'), 회절 신호에는 타겟 자체 밖의 제품 피쳐 등으로부터의 신호가 본질적으로 존재하지 않는다. 조명 장치(2, 120, 130, 170)는 대물 렌즈(150)의 후초점면에 걸쳐서 균일한 세기의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 또는, 예를 들어 조명 경로에 애퍼쳐를 포함함으로써, 조명은 온 축 또는 오프 축 방향으로 제한될 수 있다.
도 6은 계측법을 사용하여 얻어진 측정된 데이터에 기초하여 타겟 패턴(30')의 하나 이상의 관심 변수의 값을 결정하는 예시적인 프로세스를 개략적으로 도시한다. 검출기(180)에 의해 검출된 방사선은 타겟(30')에 대한 측정된 방사선 분포(108)를 제공한다.
주어진 타겟(30')에 대해서, 방사선 분포(208)는, 예를 들어 수치 맥스웰 솔버(numerical Maxwell solver; 210)를 사용하여, 파라미터화된 모델(206')로부터 계산 / 시뮬레이션될 수 있다. 파라미터화된 모델(206)은 타겟을 구성하고 타겟과 연관된 다양한 재료의 예시적인 층들을 보여준다. 파라미터화된 모델(206)은 고려 대상인 타겟의 피쳐 및 일부의 층에 대한 변수 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 이들은 변경되고 유도될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 변수 중 하나 이상은 하나 이상의 층의 두께 t, 하나 이상의 피쳐의 폭 w(예를 들어, CD), 하나 이상의 피쳐의 높이 h, 및/또는 하나 이상의 피쳐의 측벽 각도 α를 포함할 수 있다. 비록 도시되지 않지만, 변수 중 하나 이상은 층들 중 하나 이상의 굴절률(예를 들어, 실수 또는 복소 굴절률, 굴절률 텐서 등), 하나 이상의 층의 소광 계수, 하나 이상의 층의 흡수, 현상 도중의 레지스트 손실, 하나 이상의 피쳐의 푸팅(footing), 및/또는 하나 이상의 피쳐의 선 에지 거칠기를 더 포함할 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 변수의 초기 값은 측정되고 있는 타겟에 대해 기대되는 값일 수 있다. 그러면 측정된 방사선 분포(108)는 212에서 계산된 방사선 분포(208)와 비교되어 이들 사이의 차를 결정한다. 차이가 있으면, 파라미터화된 모델(206)의 변수 중 하나 이상의 값은 변경될 수 있고, 새롭게 계산된 방사선 분포(208)가 계산되고, 측정된 방사선 분포(108)와 계산된 방사선 분포(208) 사이에 충분한 매칭이 존재할 때까지 측정된 방사선 분포(108)에 대해 비교된다. 해당 시점에서, 파라미터화된 모델(206)의 변수들의 값은 실제 타겟(30')의 기하학적 구조에 대한 양호하거나 최선의 매칭을 제공한다. 일 실시예에서, 측정된 방사선 분포(108)와 계산된 방사선 분포(208) 사이의 차가 공차 임계 안에 속하면 충분한 매칭이 존재하는 것이다.
실시예에서 사용하기에 적합한 다른 검사 장치가 도 7a에 도시된다. 타겟(T) 및 타겟을 조명하기 위해 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선이 도 7b에 더 상세히 도시되어 있다. 도시된 검사 장치는 암시야 계측 장치라고 알려진 타입이다. 이러한 계측 장치는 독립형 디바이스이거나 리소그래피 장치(LA), 예를 들어 측정 스테이션, 또는 리소그래피 셀(LC) 중 하나에 통합될 수 있다. 장치에 걸쳐서 여러 브랜치를 가지는 광축이 점선 O로 표현된다. 이러한 장치에서, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의하여 방출된 방사선은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의하여 광학 요소(15)를 통해 기판(W)으로 지향된다. 이러한 렌즈들은 4F 배치구성(4F arrangement)의 이중 시퀀스로 배치된다. 다른 렌즈 장치가 기판 이미지를 예를 들어 검출기에 제공하고, 공간적-주파수 필터링을 위하여 중간 동공-평면의 액세스를 동시에 허용하기만 하면, 이것도 역시 사용될 수 있다. 그러므로, 방사선이 기판에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 공액(conjugate) 퓨필 평면이라고 불리는 기판 평면의 공간적 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간적 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 동공 평면의 백-투영된(back-projected) 이미지인 평면에, 렌즈들(12 및 14) 사이에 적합한 형태의 개구부 플레이트(13)를 삽입함으로써 수행될 수 있다. 예시된 예에서, 애퍼쳐 플레이트(13)는, 다른 조명 모드가 선택되게 하는 13N 및 13S 라고 명명되는 다른 형태들을 가진다. 이러한 예에서 조명 시스템은 오프-축 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13N)는, 오직 설명의 편의를 위해서 '북쪽'이라고 지정되는 방향으로부터 오프-축 방사를 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13S)는 유사하지만 '남쪽'이라고 명명되는 방향으로부터 오는 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 다른 애퍼쳐를 사용하면 조명의 다른 모드들도 가능해진다. 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 선호되는데, 이것은 원하는 조명 모드 외부의 임의의 불필요한 방사선이 원하는 측정 신호와 간섭을 일으킬 것이기 때문이다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 법선을 이루는 기판(W)과 함께 배치된다. 기판(W)은 지지대(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 충돌하는 측정 방사선(I)의 광선은 0차 광선(실선 0) 및 두 개의 1차 광선(일점쇄선 +1 및 이점쇄선 -1)이 발생되게 한다. 오버필된 소타겟의 경우에, 이러한 광선들은 계측 타겟(T) 및 다른 피쳐를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 많은 평행 광선들 중 단지 하나일 분이라는 것을 기억해야 한다. 플레이트(13)에 있는 애퍼쳐가 유한한 폭(방사선의 유용한 양을 허락하기에 필요한 폭)을 가지기 때문에, 입사광선(I)은 사실상 각도의 일정한 범위를 점유할 것이고, 회절된 광선 0 및 +1/-1은 어느 정도 확산될 것이다. 소타겟의 점확산 함수에 따라서, 각각의 차수 +1 및 -1은 도시된 바와 같은 단일한 이상적인 광선이 아니라 각도의 일정 범위에 걸쳐 더 넓게 확산될 것이다. 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙 광축과 가깝게 정렬되도록 타겟의 주기적 구조체 피치 및 조명 각도가 설계되거나 조절될 수 있다는 점에 주의한다. 도 7a 및 도 7b에 예시된 광선들은 다소 오프 축이어서 도면에서 더 쉽게 구별될 수 있게 도시된다.
기판(W) 상의 타겟(T)에 의하여 회전된 것 중 적어도 0 및 +1 차 광선들은 대물 렌즈(16)에 의하여 수집되고 다시 광학 요소(15)를 통해 지향된다. 도 7a를 참조하면, 제 1 및 제 2 조명 모드 모두는 북쪽(N) 및 남쪽(S)이라고 명명된 서로 반대인 애퍼쳐를 지정함으로써 예시된다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽으로부터 입사하는 경우, 즉 제 1 조명 모드가 애퍼쳐 플레이트(13N)를 사용하여 적용되면, +1(N) 이라고 명명된 +1 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 이에 반해, 제 2 조명 모드가 애퍼쳐 플레이트(13S)를 사용하면 적용되는 경우, -1 회절 광선(1(S)라고 명명됨)이 렌즈(16)에 진입한다.
빔 분할기(17)는 회절된 빔을 두 개의 측정 브랜치를 향해 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차와 1차 회절빔을 사용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 다른 포인트에 도달하여, 이미지 처리를 통하여 차수를 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의하여 캡쳐된 동공 평면 이미지는 검사 장치를 포커싱하는 것 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하기 위하여 사용될 수 있다. 또한 재구성과 같은 많은 측정 목적을 위하여 퓨필 평면 이미지가 사용될 수 있다.
제 2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 타겟(T)의 이미지를 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 애퍼쳐 스톱(aperture stop; 21)이 동공-평면에 대하여 켤레인 평면에 제공된다. 애퍼쳐 스톱(21)은 0차 회절빔을 차단하여 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지가 -1 또는 +1 일차 빔에 의해서만 형성되게 하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의하여 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서(PU)로 출력되고, 이것의 기능은 수행되는 특정 타입의 측정에 따라서 달라질 것이다. '이미지'라는 용어는 본 명세서에서 광의로 사용된다는 것에 주의한다. 이와 같은 주기적 구조체 피쳐의 이미지는, -1 및 +1 차수 중 오직 하나만 존재할 경우에는 형성되지 않을 것이다.
도 7a, 도 7c 및 도 7d에 도시되는 애퍼쳐 플레이트(13) 및 필드 스톱(21)의 특정 형태들은 순전히 예일 뿐이다. 일 실시예에서, 타겟의 온-축 조명이 사용되며, 오프-축 애퍼쳐를 가지는 애퍼쳐 스톱이 회절된 방사선의 오직 하나의 1차 광만을 센서로 실질적으로 전달하도록 사용된다. 또 다른 실시예에서, 2차, 3차 및 더 고차인 빔(도 7a, 도 7b, 도 7c, 또는 도 7d에는 미도시)이 1차 빔 대신에 또는 이에 추가하여 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선이 이러한 다른 타입의 측정에 대해 적응될 수 있게 하기 위해서, 애퍼쳐 플레이트(13)는 원하는 패턴이 나타나도록 회전하는 디스크 주위에 형성되는 다수 개의 애퍼쳐 패턴을 포함할 수도 있다. 애퍼쳐 플레이트(13N 또는 13S)가 하나의 방향(셋-업에 따라 X 또는 Y)으로 배향된 주기적 구조체들을 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 점에 주의한다. 직교 주기적 구조체를 측정하기 위해서, 타겟이 90° 및 270°만큼 회전되는 방식이 구현될 수 있다. 그 외의 애퍼쳐 플레이트들이 도 7c 및 도 7d에 도시된다. 장치의 이러한 사용법과 수많은 다른 변형예와 적용예들은, 전술된 특허 출원 공개 문헌들에 기술되어 있다.
도 8은 알려진 실무에 따라서 기판에 형성된 (복합) 타겟을 도시한다. 이러한 예에서 타겟은, 서로 근접하게 위치되어 계측 장치의 측정 방사선 조명 빔에 의하여 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 존재하게 될 4 개의 주기적 구조체(또는 격자)(32 내지 35)을 포함한다. 따라서 4 개의 주기적 구조체는 모두 동시에 조명되고 센서(19 및 23)에 동시에 결상된다. 오버레이의 측정에만 관련되는 예에서, 주기적 구조체(32 내지 35)는 기판(W)에 형성된, 예컨대 반도체 디바이스의 다른 층들에 패터닝되는 주기적 구조체에 오버라이함으로써 형성되는 복합 주기적 구조체들이다. 주기적 구조체(32 내지 35)는 복합 주기적 구조체의 다른 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위하여 상이하게, 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수도 있다. 오버레이 바이어스라는 의미는 도 8을 참조하여 후술될 것이다. 또한 주기적 구조체(32 내지 35)는 인입하는 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절하기 위해, 도시된 바와 같이 그들의 배향에 있어서 다를 수 있다. 일 예에서, 주기적 구조체(32 및 34)는 +d, -d 각각의 바이어스 오프셋을 가지는 X-방향 주기적 구조체들이다. 주기적 구조체(33 및 35)는 +d, -d 각각의 바이어스 오프셋을 가지는 Y-방향 주기적 구조체들이다. 이러한 주기적 구조체들의 개별 이미지는 센서(23)에 의하여 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다. 이것은 타겟의 한 예일 뿐이다. 타겟은 4 개보다 많거나 적은 주기적 구조체를 포함할 수 있고, 또는 오직 하나의 주기적 구조체만을 포함할 수도 있다.
도 9는 도 7의 장치에 있는 도 8의 타겟을 사용하고, 도 7d의 애퍼쳐 플레이트(13NW 또는 13SE)를 사용하여 센서(23)에 형성되고 센서에 의하여 검출될 수 있는 이미지의 일 예를 도시한다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 개개의 다른 주기적 구조체(32 내지 35)들을 분해할 수 없는 대신에, 이미지 센서(23)는 가능하다. 어두운 사각형은 센서 상의 이미지의 필드 이고, 그 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이러한 경우, 직사각형 영역(42 내지 45)은 소타겟 주기적 구조체(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 만일 타겟들이 제품 영역에 위치된다면, 제품 피쳐도 역시 이러한 이미지 필드의 주위에서 보여질 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어 시스템(PU)은 패턴 인식을 사용하여 이러한 이미지를 처리하여 주기적 구조체(32 내지 35)의 별개의 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이러한 방식으로, 이미지는 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이것이 측정 장치 전체의 쓰루풋을 크게 개선시킨다.
주기적 구조체들의 개별 이미지가 식별되면, 예를 들어 식별된 영역 내의 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 그러한 개별 이미지의 세기가 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 속성이 서로 비교될 수 있다. 이러한 결과는 패터닝 프로세스의 다른 파라미터를 측정하도록 결합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 하나의 중요한 예이다.
도 10은, 예를 들어 PCT 특허 출원 공개 번호 WO 2011/012624(그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합됨))에 기술된 방법을 사용하여, 컴포넌트 주기적 구조체(32 내지 35)를 포함하는 두 개의 층 사이의 오버레이 오차(즉, 원치않는 그리고 의도하지 않은 오버레이 오정렬)가 어떻게 측정되는지를 예시한다. 이러한 측정은, 세기 비대칭의 측정치를 얻기 위하여 타겟 주기적 구조체의 +1 차 및 -1 차 이미지에서의 세기를 비교함으로써(다른 대응하는 더 높은 차수의 세기들, 예를 들어 +2 및 -2 차들도 비교될 수 있음) 드러나는 타겟 비대칭을 식별함으로써 수행된다. 단계 S1에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼는 도 2의 리소그래피 셀과 같은 리소그래피 장치를 통하여 한 번 이상 처리되어, 주기적 구조체(32 내지 35)를 포함하는 타겟을 생성한다. S2에서, 도 7의 검사 장치를 사용함으로써, 주기적 구조체(32 내지 35)는 1차 회절빔들 중 하나(예를 들어, -1차)만을 사용하여 획득된다. 단계 S3에서, 조명 모드를 변경하거나, 또는 이미징 모드를 변경하거나, 또는 검사 장치의 가시 범위 내에서 기판(W)을 180° 만큼 회전시킴으로써, 다른 1차 회절빔(+1차)을 사용하는 주기적 구조체의 제 2 이미지가 획득될 수 있다. 결과적으로, +1 차 회절 방사선이 제 2 이미지에 캡쳐된다.
각각의 이미지 내에 1차 회절된 방사선의 절반만을 포함시킴으로써, 여기에서 지칭되는 '이미지'는 통상적인 암시야 현미경 이미지가 아니다. 타겟 주기적 구조체의 개개의 타겟 피쳐는 해상되지 않을 것이다. 각각의 타겟 주기적 구조체는 특정한 세기 레벨의 영역에 의하여 간단하게 표현될 것이다. 단계 S4에서, 관심 지역(ROI)이 각각의 컴포넌트 주기적 구조체의 이미지로부터 식별되고, 이로부터 세기 레벨이 측정될 것이다.
각각의 개개의 타겟 주기적 구조체에 대한 ROI를 식별하고 이것의 세기를 측정하면, 타겟의 비대칭, 및 따라서 오버레이 에러가 이제 결정될 수 있다. 이것은, 각각의 타겟 주기적 구조체(32 내지 35)에 대한 +1 및 -1 차수에 대해 획득된 세기 값을 비교하여 그들의 세기 비대칭, 예를 들어 그들의 세기에 있는 임의의 차이를 식별하는 단계 S5에서 수행된다(예를 들어, 프로세서(PU)에 의함). 용어 "차(difference)"는 감산만을 의미하는 것으로 의도되지 않는다. 차는 비율 형태로 계산될 수 있다. 단계 S6에서, 타겟(T) 근처에서의 패터닝 프로세스의 하나 이상의 성능 파라미터를 계산하기 위해서, 여러 타겟 주기적 구조체에 대해 측정된 세기 비대칭이 그러한 타겟 주기적 구조체에 부과된 임의의 알려진 오버레이 바이어스에 대한 지식과 함께 사용된다.
도 11a 내지 도 11d는 상이한 바이어스 오프셋을 가지는 타겟 주기적 구조체(오버레이 주기적 구조체)의 개략적인 단면을 도시한다. 이들은 도 7 내지 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 기판(W) 상의 타겟(T)으로서 사용될 수 있다. 오직 설명의 편의를 위해서 X 방향에서 주기성을 가지는 주기 구조체가 도시된다. 이러한 주기적 구조체와 상이한 바이어스 및 상이한 배향과의 상이한 조합들이 개별적으로 또는 타겟의 일부로서 제공될 수 있다.
도 11a에서 시작하면, L1 및 L2로 명명되는 적어도 두 개의 층들에 형성되는 타겟(600)이 도시된다. 하부 또는 하단 층(L1)에서, 제 1 주기적 구조체(하부 또는 하단 주기적 구조체), 예를 들어 격자는 기판(606) 상에서 피쳐(602) 및 공간(604)에 의해 형성된다. 층 L2에서, 제 2 주기적 구조체, 예를 들어 격자는 피쳐(608) 및 공간(610)에 의해 형성된다. (피쳐(602, 608)(예를 들어 라인)가 지면 안으로 연장되도록 단면이 도시된다.) 주기적 구조체 패턴은 양자 모두의 층에서 피치 P로 반복된다. 피쳐(602 및 608)는 라인, 도트, 블록 및 비아 홀의 형태를 가질 수 있다. 도 11a에 도시된 상황에서, 오정렬에 기인한 오버레이 기여분이 없고, 예를 들어 오버레이 오차도 없고 부과된 바이어스도 없어서, 제 2 구조체의 각각의 피쳐(608)는 제 1 구조체 내의 피쳐(602) 위에 정확하게 놓이게 된다.
도 11b에서, 제 1 구조체의 피쳐(608)가 제 2 구조체의 피쳐에 대해서 우측으로 거리 d만큼 천이되도록, 알려진 제 1 부과된 바이어스 +d가 있는 동일한 타겟이 도시된다. 바이어스 거리 d는 실무상 수 나노미터, 예를 들어 10 nm 내지 20 nm일 수 있는 반면에, 피치 P는 예를 들어 300 내지 1000 nm의 범위에 있으며, 예를 들어 500 nm 또는 600 nm이다. 도 11c에서, 608의 피쳐가 좌측으로 천이되도록 제 2의 알려진 부과된 바이어스 -d가 있는 다른 피쳐가 도시된다. d의 값은 각각의 구조체에 대해서 동일할 필요가 없다. 도 11a 내지 도 11c에 도시된 이러한 타입의 바이어스된 주기적 구조체는 전술된 종래의 특허 출원 공개 문허에서 기술되었다.
도 11d는, 이러한 경우에는 제 1 구조체에 있는 구조적 비대칭(바닥 격자 비대칭)인 구조적 비대칭의 현상을 개략적으로 도시한다. 도 11a 내지 도 11c에 있는 주기적 구조체 내의 피쳐는 완전히 정방형 측면을 가지는 것으로 도시되지만, 실제 피쳐는 표면 상에 어느 정도의 기울기와 어느 정도의 거칠기를 가질 것이다. 그럼에도 불구하고 이들은 프로파일에 있어서는 적어도 대칭적이 되도록 의도된다. 도 11d에 표시된 제 1 구조체에 있는 피쳐(602) 및/또는 공간(604)은 더 이상 대칭적 형태를 가지지 않고, 오히려 하나 이상의 처리 단계에 의해 왜곡되게 되었다. 따라서, 예를 들어 각각의 공간의 하단면은 틸트되게 되었다(하단벽 틸트). 예를 들어, 피쳐 및 공간의 측벽 각도도 비대칭하게 되었다. 그 결과, 타겟의 전체 타겟 비대칭은, 구조적 비대칭으로부터 독립적인 오버레이 기여분(즉, 제 1 구조체 및 제 2 구조체의 오정렬에 기인한 오버레이 기여분; 그 자체는 오버레이 오차 및 임의의 알려진 부과된 바이어스로 이루어짐) 및 타겟에 있는 이러한 구조적 비대칭에 기인한 구조적 기여분을 포함할 것이다.
도 12는 오버레이 주기적 구조체의 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 오버레이 주기적 구조체는 두 개의 격자를 포함한다. 제 1 격자는 도 12의 좌측에 도시된다. 제 2 격자는 도 12의 우측에 도시된다.
도 12에서 하향 화살표는 격자 상에 입사하는 조명 방사선을 나타낸다. 위로 향하는 대각선 화살표는 반사된 +1 차 회절 방사선 및 반사된 -1 차 회절 방사선을 나타낸다.
세기 비대칭 A가 측정될 수 있다. 세기 비대칭은 +1 차와 및 -1 차 회절 차수들 사이의 세기의 차이이다. 세기 비대칭 A는 오버레이(OV)에 비례한다. 특히, 세기 비대칭 A는 오버레이(OV) 및 오버레이 감도(K)의 곱과 같다.
두 개의 상이한 부과된 추가적 천이를 가지는 두 개의 상이한 타겟 상의 비대칭(A)을 측정함으로써, 오버레이 감도(K)가 결정될 수 있고, 오버레이(OV)가 측정될 수 있다. 도 12에서, 추가적 천이는 d로서 표시된다.
오직 두 개의 바이어스된 주기적 구조체를 사용하여 도 10의 방법에 의해 오버레이가 측정되면, 공정에서 유도된 구조적 비대칭은 오정렬에 기인한 오버레이 기여분과 구별될 수 없고, 결과적으로 오버레이 측정(특히 원치 않은 오버레이 에러를 측정하기 위한 것)은 신뢰할 수 없게 된다. 타겟 중 제 1 구조체(하단 주기적 구조체)에 있는 구조적 비대칭은 구조적 비대칭의 공통 형태이다. 이것은, 예를 들어 제 1 구조체가 최초 형성된 이후에 수행되는 화학적-기계적 연마(CMP)와 같은 기판 처리 단계 동안 생길 수 있다.
PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 2013-143814 A1에서, 도 10의 방법의 수정된 버전에 의해서 오버레이를 측정하기 위해서 세 개 이상의 컴포넌트 주기적 구조체를 사용하는 것이 제안된다. 도 11a 내지 도 11c에 도시된 타입의 세 개 이상의 격자는, 실제 패 프로세스에 있는 하단 구조체 비대칭에 의해 야기되는 것과 같은 타겟 주기적 구조체에 있는 구조적 비대칭을 어느 정도 정정하기 위해서 사용되는 오버레이 측정을 얻기 위해 사용된다. 그러나, 이러한 방법은 새로운 타겟 디자인(예를 들어 도 8에 도시된 것과 다른 디자인)을 필요로 하고, 따라서 새로운 패터닝 디바이스 또는 패터닝 디바이스 패턴이 필요하게 될 것이다. 더욱이, 타겟 영역은 더 크고, 따라서 더 많은 기판 영역을 소모한다. 추가적으로, 구조적 비대칭으로부터 초래되는 오버레이 기여분의 위상 요소는 이러한 방법 및 다른 선행 기술 방법에서 무시되는데, 이것은 정정이 위상 요소도 역시 정정되었을 경우에 정확할 수 있는 것만큼 정확하지 않다는 것을 의미한다.
도 13에서, 곡선(702)은, 타겟을 형성하는 개개의 주기적 구조체 내의, 그리고 특히 제 1 구조체의 개별 주기적 구조체 내의, 제로 오프셋을 가지며 구조적 비대칭을 가지지 않는 '이상적인' 타겟에 대한 오버레이(OV)와 세기 비대칭(A) 사이의 관계를 보여준다. 결과적으로, 이러한 이상적인 타겟의 타겟 비대칭은, 알려진 부과된 바이어스 및 오버레이 오차(OVE)에서 유래되는 제 1 구조체 및 제 2 구조체의 오정렬에 기인한 오버레이 기여분만을 포함한다. 이러한 그래프 및 도 14의 그래프는 본 명세서의 이면에 있는 이론들을 예시하기 위한 것이고, 각각의 그래프에서 세기 비대칭(A) 및 오버레이(OV)의 단위는 임의적이다. 실제 치수의 예들은 아래에서 더 제공될 것이다.
도 13의 '이상적인' 상황에서, 곡선(702)은 세기 비대칭(A)이 오버레이와 비선형 주기 관계(예를 들어 정현파 관계)를 가진다는 것을 나타낸다. 정현파 변화의 주기 P는, 물론 적합한 척도로 변환되는 주기적 구조체의 주기 또는 피치 P에 대응한다. 이러한 예에서 정현파 형태는 완전하지만, 실제 상황에서는 고조파를 포함할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 바이어스된 주기적 구조체(알려진 부과된 오버레이 바이어스를 가짐)는 단일 측정에 의존하는 대신에 오버레이를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 바이어스는 바이어스를 생성했던 패터닝 디바이스(예를 들어 레티클)에서 규정된 공지된 값을 가지는데, 이것은 측정된 세기 비대칭에 대응하는 오버레이의 온-기판 교정의 역할을 한다. 도면에서, 계산하는 것이 그래프로 예시된다. 단계 S1 내지 단계 S5에서, 세기 비대칭 측정치 A+d 및A-d는, 각각 부과된 바이어스 +d 및 -d를 가지는 주기적 구조체에 대해서 얻어진다(예를 들어, 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같음). 이러한 측정치를 정현 곡선에 대입하면 표시된 바와 같은 포인트(704 및 706)가 된다. 바이어스를 알면, 참 오버레이 오차(OVE)가 계산될 수 있다. 정현 곡선의 피치 P는 타겟의 디자인으로부터 알려진다. 곡선(702)의 수직 스케일은 시작 시에는 알려지지 않으며, 1차 고조파 비례 상수 K이라고 불릴 수 있는 미지의 인자이다. 따라서, 오버레이 감도 K는 오버레이에 대한 세기 비대칭 측정의 감도의 척도이다. 일 실시예에서, 이것은 측정된 세기 오버레이에 대한 비례성이다. 따라서 이것에 의하여 오버레이의 프로세스 의존성을 검출하는 것이 쉬워진다.
방정식으로 표현하면, 오버레이 에러(OVE)와 세기 비대칭(A) 사이의 관계는 다음으로 추정된다:
여기에서, 오버레이 에러(OVE)는 타겟 피치 P가 각도 2π 라디안에 대응하도록 하는 스케일로 표현된다. 상이한 알려진 바이어스(예를 들어 +d 및 -d)를 가진 격자의 두 개의 측정을 사용하면, 오버레이 오차(OVE)는 다음을 사용하여 계산될 수 있다:
도 14는 구조적 비대칭, 예를 들어 도 11d에 도시된 하단 주기적 구조체 비대칭을 도입하는 제 1 효과를 보여준다. '이상적인' 정현 곡선(702)은 더 이상 유효하지 않다. 그러나, 적어도 근사적으로, 하단 주기적 구조체 비대칭 또는 다른 구조적 비대칭은 세기 천이 항 K0 및 위상 천이 항 
을 세기 비대칭 
에 추가하는 효과를 가진다. 결과적으로 얻어지는 곡선이 다이어그램에 712로 표시되는데, 라벨 K0는 세기 천이 항을 나타내고, 라벨 
는 위상 오프셋 항을 나타낸다. 세기 천이 항 K0 및 위상 천이 항 
은 측정 방사선의 타겟 및 선택된 특성의 조합, 예컨대 측정 방사선의 파장 및 편광에 따라 달라지고, 프로세스 변이에 민감하다. 수학적으로 표시하면, 단계 S6에서의 계산을 위해 사용되는 관계는 다음이 된다:
구조적 비대칭이 있는 경우, 수학식 2로 기술되는 오버레이 모델은 세기 천이 항 K0와 위상 천이 항 
에 의해 영향받는 오버레이 오차 값을 제공할 것이고, 따라서 부정확할 것이다. 또한, 세기 및 위상 천이가 파장 및/또는 편광에 의존적이기 때문에, 구조적 비대칭은 오버레이 오차를 매핑할 때에 하나 이상의 상이한 측정 파라미터(예를 들어, 측정 빔의 파장, 측정 빔의 편광 등)를 사용하는 동일한 타겟의 측정에 차이가 생기게 할 것이다.
수정된 단계 S6의 오버레이 계산은 특정한 가정에 의존한다. 우선, 세기 비대칭이 오버레이의 사인 함수와 같이 움직이고, 주기 P는 격자 피치에 대응한다는 것이 가정된다. 이러한 가정은 주어진 오버레이 범위에 대해서 유효하다. 피치-파장비가 작으면 격자로부터 적은 수의 전파 회절 차수만 허용되기 때문에, 고조파의 개수는 적도록 설계될 수 있다. 그러나, 실무상 오정렬에 기인한 세기 비대칭에 대한 오버레이 기여분은 반드시 완전한 정현파가 아닐 수 있고, OV = 0 중심으로 반드시 완전히 대칭적이지 않을 수도 있다.
그러므로, 구조적 비대칭의 효과는 다음과 같이 일반적으로 공식화될 수 있다:
여기에서 ΔI-(A-와도 같은 의미임) 및 ΔI+(A+와도 같은 의미임)는 측정된 세기 비대칭을 나타내고, ΔIBG는 구조적 비대칭의 세기 비대칭에 대한 기여분이다. 따라서, 오버레이 오차 ΔOV는 ΔIBG / K의 함수라고 여겨질 수 있다.
여기서, 타겟에 있는 구조적 비대칭에 추가적으로 또는 대안적으로, 타겟의 인접한 주기적 구조체들 사이 또는 인접 타겟들 사이의 스택 차이는 오버레이 측정과 같은 측정의 정확도에 악영향을 주는 인자일 수 있다는 것이 더욱 발견되었다. 스택 차이는 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들 사이의 물리적 구성에 있어서의 설계되지 않은 차이로서 이해될 수 있다. 스택 차이는, 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들에 공통인 오버레이 오차, 의도적인 바이어스, 및 구조적 비대칭 이외의 것에 기인하는, 측정 방사선의 광학적 특성(예를 들어, 세기, 편광 등)에서의 차이를 야기한다. 스택 차이는, 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들 사이의 두께 차이(예를 들어, 하나의 주기적 구조체 또는 타겟이 실질적으로 같은 레벨에 있도록 설계된 다른 주기적 구조체 또는 타겟보다 높거나 낮게 하는, 하나 이상의 층의 두께의 차이), 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들 사이의 굴절률 차이(예를 들어, 실질적으로 동등한 결합 굴절률을 가지도록 설계되었지만 하나의 주기적 구조체 또는 타겟에 대한 하나 이상의 층의 결합 굴절률이 다른 주기적 구조체 또는 타겟에 대한 하나 이상의 층의 결합 굴절률과 달라지게 하는, 하나 이상의 층의 굴절률의 차이), 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들의 재료의 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 재료를 가지도록 설계된 다른 주기적 구조체 또는 타겟과 하나의 주기적 구조체 또는 타겟에 대한 재료의 차이가 생기도록 하는, 재료 타입, 재료 균일성 등의 차이), 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들의 구조체의 격자 주기의 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 격자 주기를 가지도록 설계된 하나의 주기적 구조체 또는 타겟에 대한 격자 주기의 다른 주기적 구조체 또는 타겟과의 차이), 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들의 구조체의 깊이의 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 깊이를 가지도록 설계된 하나의 주기적 구조체 또는 타겟의 구조체의 깊이의 다른 주기적 구조체 또는 타겟으로부터의 차이), 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들의 피쳐의 폭(CD)의 차이(예를 들어, 실질적으로 동일한 피쳐 폭을 가지도록 설계된 하나의 주기적 구조체 또는 타겟의 피쳐의 폭의 다른 주기적 구조체 또는 타겟으로부터의 차이) 등을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 몇 가지 예들에서, 스택 차이는 패터닝 프로세스 중 처리 단계, 예컨대 CMP, 층 증착, 에칭 등에 의해서 도입된다. 일 실시예에서, 주기적 구조체 또는 타겟들은, 서로 200 μm 내에, 서로 150 μm 내에, 서로 100 μm 내에, 서로 75 μm 내에, 서로 50 μm 내에, 서로 40 μm 내에, 서로 30 μm 내에, 서로 20 μm 내, 또는 서로 10 μm 내에 있으면 인접한 것이다.
스택 차이(격자들 사이의 격자 불균형이라고 불릴 수 있음)의 효과는 다음과 같이 일반화되어 공식화될 수 있다:
여기에서 ΔK는 스택 차이에 기인할 수 있는 오버레이 감도에서의 차이를 나타낸다. 그러므로, 오버레이 오차 ΔOV는 
에 비례할 수 있다.
따라서, 스택 차이의 특징을 결정하기 위하여, 하나 이상의 스택 차이 파라미터가 규정될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 스택 차이 파라미터는 인접한 주기적 구조체 또는 타겟의 미설계된 상이한 물리적 구성의 척도이다. 일 실시예에서, 스택 차이 파라미터는 인접한 주기적 구조체 또는 타겟의 단면을 평가하는 것으로부터 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 스택 차이 파라미터는, 상부 격자가 적용되기 전에 하부 인접 격자를 평가함으로써, 복합 격자의 하부 인접 격자에 대해서 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 스택 차이 파라미터는 인접한 주기적 구조체 또는 타겟의 광학적 측정으로부터 또는 인접한 주기적 구조체 또는 타겟의 단면으로부터, 인접한 주기적 구조체 또는 타겟을 재구성하는 것으로부터 유도될 수 있다. 즉, 물리적 치수, 특성, 재료 특성 등은 재구성되고, 인접한 주기적 구조체 또는 타겟들 사이의 차이가 결정되어 스택 차이 파라미터가 된다.
스택 차이 파라미터의 일 실시예는 다음과 같이 규정될 수 있는 주기적 구조체 세기 불균형(GI)이다:
여기에서 
은 +d 바이어스를 가지는 제 1 주기적 구조체에 의해 회절된 +1 차 회절 차수 세기 신호 
, 및 +d 바이어스를 가지는 제 1 주기적 구조체에 의해 회절된 -1 차 회절 차수 세기 신호 
의 평균이다. 이와 유사하게, 
은 -d 바이어스를 가지는 제 2 주기적 구조체에 의해 회절된 +1 차 회절 차수 세기 신호 
, 및 -d 바이어스를 가지는 제 2 주기적 구조체에 의해 회절된 -1 차 회절 차수 세기 신호 
의 평균이다. 일 실시예에서, 주기적 구조체 세기 불균형(GI)은 유도된 버전, 예컨대 
, 
등일 수 있다.
이제, 구조적 비대칭, 스택 차이 및 임의의 다른 프로세스 변이에 직면하면, 요구되는 프로세스 파라미터(예를 들어, 오버레이)의 정확한 측정치를 제공하고 및/또는 프로세스 변이에 대해 견실한 요구되는 프로세스 파라미터의 측정 값을 제공하는, 타겟 레이아웃, 측정 빔 파장, 측정 빔 편광, 등의 조합을 유도하는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 예를 들어 프로세스 변이에 대해 견실한 요구되는 및/또는 프로세스 파라미터의 측정 값을 제공하는 더 정확한 프로세스 파라미터 측정을 획득하기 위해서는, 타겟-측정 파라미터 조합의 바람직하게는 최적인 선택에 도달하는 것이 바람직할 것이다.
타겟의 측정 정확도 및/또는 감도는 타겟 자체의 하나 이상의 속성 및/또는 타겟 상에 제공되는 측정 방사선의 하나 이상의 속성, 예를 들어 방사선의 파장, 방사선의 편광, 및/또는 방사선의 세기 분포(즉, 각도 또는 공간적 세기 분포)에 대해서 변할 수 있다. 일 실시예에서, 방사선의 파장 범위는 소정 범위 중에서 선택된 하나 이상의 파장(예를 들어, 약 400 nm 내지 900 nm의 범위 중에서 선택됨)으로 한정된다. 더 나아가, 예를 들어 복수 개의 상이한 애퍼쳐를 사용하면 방사선 빔의 상이한 편광의 셀렉션이 제공될 수 있고 다양한 조명 형상이 제공될 수 있다.
그러므로, 이러한 선택 및 측정을 가능하게 하려면, 측정 시스템을 사용하는 측정의 하나 이상의 파라미터를 규정하는 기판 측정 레시피가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 양자 모두를 포함한다.
이러한 콘텍스트에서, 측정된 패턴("타겟" 또는 "타겟 구조체"라고도 불림)은 광학적으로 측정되는, 예를 들어 그 회절이 측정되는 패턴일 수 있다. 측정된 패턴은 측정 목적을 위해 특별하게 설계되거나 선택된 패턴일 수 있다. 하나의 타겟의 다수의 복제본이 기판 상의 여러 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피는 오버레이를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 측정 레시피는 다른 프로세스 파라미터(예를 들어, 선량, 초점, CD, 등)를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 측정 레시피는 기판 상의 현존 패턴에 대하여, 이미징되는 중인 패턴의 층의 정렬을 측정하기 위하여 사용될 수 있다; 예를 들어, 기판 측정 레시피는 기판의 상대 위치를 측정함으로써, 패터닝 디바이스를 기판에 대해 정렬하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 기판 측정 레시피가 측정 자체의 하나 이상의 파라미터를 가지면, 측정 자체의 하나 이상의 파라미터는 측정에 사용되는 측정 빔 및/또는 측정 장치의 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정 레시피에서 사용된 측정이 회절-기반 광학 측정이라면, 측정 자체의 하나 이상의 파라미터는 측정 방사선의 파장, 및/또는 측정 방사선의 편광, 및/또는 측정 방사선 세기 분포, 및/또는 기판에 대한 측정 방사선의 조명 각도(예를 들어, 입사각, 아지무스 각도 등), 및/또는 회절된 측정 방사선의 기판 상의 패턴에 대한 상대 배향, 및/또는 타겟의 여러 측정된 포인트 또는 인스턴스, 및/또는 기판 상에서 측정되는 타겟의 인스턴스의 위치를 포함할 수 있다. 측정 자체의 하나 이상의 파라미터는 측정에 사용된 계측 장치의 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있는데, 이것은 검출기 감도, 개구수 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 기판 측정 레시피가 측정되는 패턴의 하나 이상의 파라미터를 포함한다면, 측정되는 패턴의 하나 이상의 파라미터는, 하나 이상의 기하학적 특성(예컨대 패턴의 적어도 일부의 형상, 및/또는 패턴의 적어도 일부의 배향, 및/또는 패턴의 적어도 일부의 피치(예를 들어, 하부 주기적 구조체의 층 위의 층예 있는 상부 주기적 구조체의 피치 및/또는 하부 주기적 구조체의 피치), 및/또는 패턴의 적어도 일부의 크기(예를 들어, CD)(예를 들어, 상부 주기적 구조체 및/또는 하부 주기적 구조체의 피쳐의 CD를 포함한, 주기적 구조체의 피쳐의 CD), 및/또는 패턴의 피쳐의 세그먼트화(예를 들어, 주기적 구조체의 피쳐를 하부-구조체로 분할하는 것), 및/또는 주기적 구조체 또는 주기적 구조체의 피쳐의 길이), 및/또는 패턴의 적어도 일부의 재료 속성(예를 들어, 굴절률, 소광 계수, 재료 타입 등), 및/또는 패턴의 식별(예를 들어, 어떤 패턴을 다른 패턴과 구별하는 것) 등을 포함할 수 있다.
기판 측정 레시피는 수학식:
으로 표현될 수 있는데, 여기에서 
는 측정의 하나 이상의 파라미터이고 
는 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터이다. 이해될 수 있는 것처럼, n 및 m은 1일 수 있다. 더 나아가, 기판 측정 레시피는 측정의 하나 이상의 파라미터 및 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터 양자 모두를 가져야 하는 것은 아니다; 이것은의 하나 이상의 파라미터만을 가지거나 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터만을 가질 수 있다.
타겟은, 예를 들어 타겟이 측정되는 스테이지가 다르고(예를 들어, A는 타겟이 잠상 구조체를 포함하는 경우에 측정하고 B는 타겟이 잠상 구조체를 포함하지 않는 경우에 측정함) 및/또는 그들의 측정의 파라미터에 있어서 다른 두 개의 기판 측정 레시피 A 및 B를 사용한 측정을 거칠 수 있다. 기판 측정 레시피 A 및 B는 적어도 측정되는 타겟에 있어서 다를 수 있다(예를 들어, A는 제 1 타겟을 측정하고 B는 상이한 제 2 타겟을 측정함). 기판 측정 레시피 A 및 B는 그들의 측정 및 타겟 측정의 파라미터에 있어서 다를 수 있다. 기판 측정 레시피 A 및 B는 심지어 동일한 측정 기법에 기초하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 레시피 A는 산란 기반 측정에 기반할 수 있고 레시피 B는 주사 전자 현미경(AFM) 또는 원자력 현미경(AFM) 측정에 기반할 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 요구되는 측정 파라미터(예를 들어, 오버레이)의 정확한 측정치를 제공하고 및/또는 프로세스 변이에 대해 견실한 요구되는 프로세스 파라미터의 측정 값을 제공하는 하나 이상의 기판 측정 파라미터를 결정하기 위하여, 복수 개의 기판 측정 레시피들이 이러한 하나 이상의 정확한 및/또는 견실한 기판 측정 레시피를 식별하기 위해서 하나 이상의 성능 표시자에 대해서 평가될 수 있다.
요구되는 프로세스 파라미터(예를 들어, 오버레이)의 정확한 측정치를 제공하고 및/또는 프로세스 변이에 대해 견실한 요구되는 프로세스 파라미터의 측정 값을 제공할 하나 이상의 기판 측정 레시피를 결정하기 위한 방법의 일 실시예가 개략적으로 묘사된다. 이러한 예시적인 방법에서, 복수 개의 상이한 계측 타겟이, 측정 빔 파장(즉, 타겟을 측정하기 위하여 사용되고 검사 장치로부터 나오는 파장)의 복수 개의 상이한 값 및 편광(즉, 타겟을 측정하기 위하여 사용되고 검사 장치로부터 나오는 편광)의 복수 개의 상이한 값에 대해서 각각 평가된다; 타겟, 파장 및 편광의 각각의 특정 조합은 특정 기판 측정 레시피에 대응한다. 그러나, 본 발명의 방법은 이와 같이 제한되지 않는다. 예를 들어, 이러한 방법은 파장 및 편광 이외의 다른 또는 추가 파라미터를 평가하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 예로서, 이러한 방법은 단일 타겟만을 평가하기 위하여 사용될 수 있다(예를 들어, 복수 개의 상이한 파장 및 편광에 대하여, 단일 편광에 대해 복수 개의 상이한 파장에 대하여, 복수 개의 상이한 편광에 대해 단일 파장에 대하여, 등). 다른 예로서, 이러한 방법은 단일 편광에 대해 복수 개의 상이한 파장에 대하여 복수 개의 타겟을 평가하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 예로서, 이러한 방법은 단일 파장에 대해 복수 개의 상이한 편광에 대하여 복수 개의 상이한 파장을 평가하기 위하여 사용될 수 있다.
더 나아가, 다양한 단계들이 순차적으로 표시되지만, 이들은 반드시 그러한 순서로 수행되어야 하는 것은 아니다. 더 나아가, 모든 단계들이 수행되어야 하는 것도 아니다. 예를 들어, 단계 중 하나 이상이 수행될 수 있다. 그러므로, 단계 중에서 선택된 임의의 조합이 수행될 수 있다.
1400에서, 복수 개의 상이한 파장에 대하여 그리고 복수 개의 상이한 편광(이러한 경우에는, 두 개의 편광)에 대하여 단일 타겟에 대한 데이터의 제 1 분석이 수행된다. 데이터는 실험적으로 또는 타겟을 사용한 생산 측정으로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 고려 대상인 타겟의 복수 개의 인스턴스가, 타겟이 사용될 대상인 패터닝 프로세스를 사용하여 기판에 걸쳐 인쇄될 수 있고, 그리고 각각의 인스턴스가 적용가능한 검사 장치로써 복수 개의 상이한 설정(예를 들어, 상이한 파장, 상이한 편광 등)에서 측정될 수 있다.
타겟을 측정하기 위하여 기판 측정 레시피를 사용하는 것으로부터 얻어지는 프로세스 파라미터(예를 들어, 오버레이, 정렬, 초점) 측정이 시뮬레이션될 수 있다. 시뮬레이션에서, 측정의 하나 이상의 파라미터는 파라미터 
및/또는 기판 측정 레시피의 
을 사용하여 결정된다(예를 들어 제공되거나 결정됨). 예를 들어, 기판 측정 레시피에 대응하는 방사선과 타겟 사이의 상호작용은, 예를 들어 맥스웰 솔버 및 정밀 결합파 분석(RCWA)을 사용하여 또는 다른 수학적 모델링에 의하여, 기판 측정 레시피의 그러한 파라미터로부터 결정될 수 있다. 그러므로, 타겟 및 연관된 기판 측정 레시피를 사용하여 기대된 측정이 그러한 상호작용으로부터 결정될 수 있다. 그러므로, 어떤 경우에는, 예를 들어 강한 신호를 제공하는 타겟을 결정하기 위하여, 데이터가 측정 프로세스의 시뮬레이터를 사용하여 얻어질 수 있다; 시뮬레이터는 특정 특성의 특정 타겟(예를 들어, 피치, 피쳐 폭, 재료 타입 등에 관하여 특정된 타겟)이, 예를 들어 도 7의 장치의 검출기에서 측정될 세기를, 예를 들어 계산함으로써, 검사 장치의 측정 기법(예를 들어, 회절-기반 오버레이 측정)에 따라 검사 장치를 사용하여 어떻게 측정될지를 수학적으로 유도할 수 있다. 견실성 데이터를 얻기 위하여, 시뮬레이터는 프로세스 변동(기판에 걸쳐서 확장될 수 있음)을 모사하기 위하여 특정 범위(예를 들어, 10% 까지의 변화, 5% 까지의 변화, 2% 까지의 변화, 1% 까지의 변화, 또는 0.5% 까지의 변화) 내의 섭동을 도입할 수 있다.
그러므로, 실험적 방법 또는 시뮬레이션은, 예를 들어 전술된 공식을 사용하여 특정 파라미터 또는 표시자 예컨대 OV, K 등에 대한 값을 제공할 수 있다.
이러한 한 표시자는 스택 감도(stack sensitivity; SS)(신호 콘트라스트라고도 여겨짐)이다. 스택 감도는 타겟(예를 들어, 격자) 층들 사이의 회절 때문에 오버레이가 변경될 때 신호의 세기가 얼마나 변하는지의 척도라고 이해될 수 있다. 즉, 오버레이 콘텍스트에서, 이것은 오버레이 타겟의 상부 주기적 구조체와 하부 주기적 구조체 사이의 콘트라스트를 검출하고, 따라서 상부 및 하부 주기적 구조체 사이의 회절 효율들 사이의 균형을 나타낸다. 따라서, 이것은 측정의 감도의 예시적인 척도이다. 일 실시예에서, 스택 감도는 세기 비대칭과 평균 세기 사이의 비율이다. 일 실시예에서, 스택 감도는 SS = K L / IM으로 공식화될 수 있는데, L은 사용자 규정 상수이고(예를 들어, 일 실시예에서, 값 L은 20 nm이고 및/또는 바이어스의 값은 d임) 그리고 IM은 타겟에 의해 회절된 측정 빔의 평균 세기이다. 일 실시예에서, 어떤 기판 측정 레시피에 대한 스택 감도는 최대화되어야 한다. 그러나, 최대 스택 감도를 가지는 기판 측정 레시피를 사용하는 것이 최선이 아닐 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 스택 감도가 최대가 되는 측정 빔 파장은 낮은 오버레이 감도 및 열악한 프로세스 견실성에 대응할 수 있다.
기판 측정 레시피의 예가 도 15 및 도 16에 제공된다. 이러한 데이터는 측정 데이터의 의존성을 하나 이상의 기판 측정 파라미터, 특히 측정 자체의 하나 이상의 파라미터의 파장의 함수로서 나타낼 수 있다. 도 15는 단일 파장에 대한 다양한 편광각에서의 측정을 위한 타겟에 대한 회절 효율의 그래프이다. 회절 효율은 타겟에 의해 회절되는 측정 빔의 평균 세기에 직접적으로 비례한다.
도 15에서, X 축은 계측 타겟의 측정 시에 계측 타겟을 조명하는 방사선의 편광각 θ(도 단위)를 나타낸다. 편광각 θ는 p 편광에 대한 조명 광의 전기장 벡터의 각도이다. Y 축은 계측 타겟으로부터 반사되는 방사선을 검출하는 검출기의 편광자의 편광각 φ(도 단위)를 나타낸다. 편광각 φ는 s 편광 방향에 대한 조명 광의 전기장 벡터의 각도로서 규정된다. 우측의 척도는 회절 효율 스케일을 나타낸다. 도 15에 도시된 바와 같이, 회절 효율은 편광각에 의존하여 변한다. 도 15 및 도 16에서, p 편광 및 s 편광 사이의 각도는 30°라고 가정된다.
일 실시예에서, 본 발명의 방법은 패터닝 프로세스를 사용하여 처리된 기판의 계측 타겟의 측정과 연관된 복수 개의 편광 특성을, 하나의 더 많은 측정 품질 파라미터에 대하여 평가하는 단계를 포함한다. 도 15는 이러한 평가의 결과의 일 예이다. 도 15의 예에서, 평가되는 편광 특성은 조명 방사선 및 검출기의 편광자의 편광각이다. 그러나, 다른 편광 특성들이 평가될 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 편광 특성은 지연(retardance), 즉 직교 편광 성분들 사이의 위상차 및/또는 사용되는 방사선의 파장을 포함한다. 직교 편광 성분은 p 편광 및 s 편광이다.
도 15의 예에서, 측정 품질 파라미터는 회절 효율이다. 그러나, 편광 특성은 다른 측정 품질 파라미터에 대하여 평가될 수 있다. 예를 들어, 다른 가능한 측정 품질 파라미터는 스택 감도(예를 들어 도 16을 참조한다) 및 오버레이 감도(예를 들어 도 18을 참조한다)를 포함한다.
도 16은 단일 파장에 대한 다양한 파장에서의 측정을 위한 타겟에 대한 스택 감도의 그래프이다. 도 16에서, X 축과 Y 축은 도 15에서와 같다. 도 15의 예에서, 측정 품질 파라미터는 스택 감도이다. 우측의 척도는 스택 감도 스케일을 나타낸다. 도 16에 도시된 바와 같이, 스택 감도는 조명 방사선 및 검출기의 편광자의 편광각에 의존하여 달라진다.
도 15 및 도 16에 표시된 데이터로부터, 계측 측정을 위하여 바람직한 편광각이 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 방법은 측정 품질 파라미터 중 하나 이상에 기반하여, 복수 개의 편광 특성 중에서 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 도 16에 도시되는 데이터로부터, 순수 p 편광에 대해 획득될 수 있는 최대 스택 감도는 0.08의 스택 감도이다. 그러나, 스택 감도는 조명 방사선 및 검출기의 편광각을 변경함으로써 0.08 보다 커질 수 있다. 편광각을 제어함으로써, 얻을 수 있는 스택 감도도 현저하게 증가될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 획득될 수 있는 최대 스택 감도는 0.2 인데, 이것은 순수 p 편광에 대하여 얻을 수 있는 최대 스택 감도에 대해 2.5배의 개선이다.
일 실시예에서, 선택하는 단계는, 상기 측정 품질 파라미터 중 하나 이상의 측정 품질 파라미터가, 평가된 복수 개의 편광 특성들로부터의 최대값 또는 최소값으로부터 소정의 유한 범위 내에 있게 하는, 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 것을 포함한다. 예를 들어, 도 15 및 도 16에 표시되는 데이터로부터, 최대 회절 효율 및/또는 최대 스택 감도 값을 초래하는 편광각이 선택될 수 있다.
절대 최대 회절 효율 및/또는 스택 감도 값을 획득하는 편광각이 선택되는 것이 필요하지 않거나 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 15 및 도 16으로부터, 최대 스택 감도 값은 특히 낮은 회절 효율 값을 초래하는 편광각에 대응할 수 있다는 것을 알 수 있다. 어떤 측정 품질 파라미터가 최대화되어야 하는지(또는 최대에 가까워야 하는지)에 대한 결정은, 측정의 어떠한 품질이 바람직한지에 기반하여 이루어질 수 있다. 상이한 바람직한 품질들 사이에서 트레이드-오프할 필요가 있을 수 있다.
계측 측정에서는, 중요할 수 있는 상이한 품질들이 존재한다. 하나의 이러한 품질은 검출가능성이다. 검출가능성 계측 측정의 신호대 잡음비에 밀접하게 관련된다. 계측 측정에 대한 검출가능성은 계측 타겟의 회절 효율 및 스택 감도에 따라 달라진다. 회절 효율은 계측 타겟으로부터 반사되는 방사선의 양에 관련된다. 스택 감도는 nm의 오버레이 오차마다 계측 타겟에 의해 반사되는 방사선의 양의 상대적인 변화에 관련된다. 그러므로, 회절 효율이 커지면 더 큰 검출가능성으로 계측 측정을 할 수 있다. 이와 유사하게, 스택 감도가 커지면 계측 측정의 검출가능성이 더 커진다.
계측 측정을 위한 다른 바람직한 품질은 계측 측정의 정확도이다. 추가하여, 견실성도 역시 바람직하다. 특히, 계측 측정이 계측 타겟의 바닥 격자에 있는 임의의 바람직하지 않은 구조적 비대칭에 대해서는 상대적으로 둔감한 것이 바람직하다. 계측의 바닥 격자에 있는 구조적 피쳐 비대칭에 둔감한 계측 측정은 견실한 것으로 여겨진다. 정확도 및 견실성은 오버레이 감도에 따라 달라진다. 오버레이 감도가 커지면 계측 측정의 정확도 및 견실성이 커진다.
본 발명에 따르면, 검출가능성 및 정확도와 같은 품질이 측정의 편광 특성을 최적화함으로써 최적화될 수 있다.
일 실시예에서, 선택하는 단계는, 상기 측정 품질 파라미터 중 하나 이상의 측정 품질 파라미터가 임계 값에 도달하게 하는 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 후보 편광 특성은, 이들이 측정 품질 파라미터 중 하나 이상이 임계 값에 도달하지 못하게 한다면 배제된다. 예를 들어, 0.1 미만의 회절 효율을 초래하는 편광각은 버려진다고 결정될 수 있다. 그러면 계측 측정을 위해서 선택될 수 있는, 가능한 편광각의 서브세트가 남는다.
일 실시예에서, 후보 편광각의 서브세트는 이제 상이한 측정 품질 파라미터를 고려함으로써 더 좁혀질 수 있다. 예를 들어, 0.1의 회절 효율을 달성하는 편광각의 서브세트 중에서, 최대(또는 최대에 가까운) 스택 감도를 달성하는 편광각이 선택될 수 있다. 선택하는 단계들은 반대 순서로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 후보 편광각은, 예를 들어 0.04인 최대 스택 감도 내의 스택 감도를 초래하는 편광각의 서브세트를 선택함으로써 좁혀질 수 있다. 그러면, 후보 편광각의 이러한 서브세트는 적어도 0.05의 회절 효율을 달성하는 편광각만을 선택함으로써 더 좁혀질 수 있다. 이것은, 계측 측정의 검출가능성 및 정확도/견실성을 개선하기 위하여, 편광 특성이 평가된 데이터에 기반하여 어떻게 선택될 수 있는지의 단순한 예들이다.
본 발명의 일 실시예는 계측 측정의 검출가능성을 개선할 것으로 기대된다. 특히, 이것은 더 높은 회절 효율 및/또는 스택 감도 값 및/또는 오버레이 감도 값을 초래하는 편광 특성을 선택함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 계측 측정의 정확도 및/또는 견실성을 개선할 것으로 기대된다. 특히, 이것은 더 높은 오버레이 감도를 초래하는 편광 특성을 선택함으로써 달성될 수 있다.
도 15 및 도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 스택 감도 값 및 회절 효율 값의 가능한 범위는 크다. 일부 경우에, 스택 감도는 정확한 편광각에 기반하여 양수 또는 음수가 될 수도 있다. 일부 경우에, 오버레이 감도는 정확한 편광각에 기반하여 양수 또는 음수가 될 수도 있다. 스택 감도, 회절 효율 및 오버레이 감도는 직교 편광 성분들 사이의 위상차에 의존하여 크게 변할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 계측 타겟의 바닥 격자에 있는 피쳐 비대칭과 같은 마크 변형의 영향을 감소시킬 것으로 기대된다. 특히, 이것은 더 큰 오버레이 감도 값을 초래하는 편광 특성을 선택함으로써 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 마크 변형에 대해 견실한 계측 측정을 고속화할 것으로 기대된다. 특히, 방사선의 두 개의 상이한 파장을 사용함으로써 마크 변형의 영향은 이미 감소된 바 있다. 일 실시예에서는, 두 개의 상이한 파장 대신에 두 개의 상이한 편광 특성이 사용된다. 편광 스위치는 파장 스위치보다 더 빨라서, 측정 프로세스를 고속화할 수 있다. 더욱이, 편광 스위치는 두 설정들 사이에서 광학기 내의 색차를 경험하지 않는다.
일 실시예에서, 두 개의 상이한 편광 설정이 단일 측정에서 결합될 수 있다. 예를 들어, 오버레이 오차는 편광각의 두 개의 상이한 세트(및/또는 위상차의 두 개의 상이한 세트)를 사용하여 측정될 수 있다. 특히, 양의 오버레이 감도를 제공하는 편광 특성을 음의 오버레이 감도를 초래하는 편광 특성과 결합함으로써, 오버레이 오차는 바닥 격자에 바람직하지 않은 구조적 비대칭을 가지는 계측 타겟에 대하여 더 정확하게 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 평가하는 단계는 시뮬레이션에 의하여 수행된다. 예를 들어, 도 15 및 도 16에 표시되는 데이터는 시뮬레이션에 의해 획득되었다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따르는 계측 장치의 일부를 통과하는 방사선의 경로의 도면이다. 도 17에서, 좌에서 우로 가는 방향은 계측 측정에서 사용되는 방사선의 다운스트림 방향을 나타낸다. 일 실시예에서 계측 장치는 조명 편광자(171)를 포함한다. 조명 편광자(171)는 기판(W)을 조명하는 방사선의 편광각 θ를 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서 조명 편광자(171)는 회전식 편광자이다.
일 실시예에서 계측 장치는 조명 지연기(retarder; 172)를 포함한다. 조명 지연기는 조명 편광자(171) 및 기판(W) 사이에 위치된다. 조명 지연기(172)는 조명 방사선의 s 편광 성분 및 p 편광 성분 사이의 위상차(또는 타원율(ellipticity))를 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서 조명 지연기(172)는 회전식 지연기이다.
방사선이 기판(W)을 조명한 후에, 반사된 방사선이 검출기에 의해 검출된다. 도 17에 도시되는 바와 같이, 일 실시예에서 검출기는 검출 지연기(173)를 포함한다. 검출 지연기(173)는 기판(W)으로부터 반사되는 방사선의 직교 편광 성분들 사이에 위상차를 부여하도록 구성된다. 일 실시예에서 검출기는 검출 편광자(174)를 포함한다. 검출 편광자(174)는 검출기에서 검출되는 방사선의 편광을 제어하도록 구성된다. 고정된 요소들의 기계적 회전 이외에, 전기-광학 요소(또는 예를 들어 스위칭가능 액정 셀)가 편광자 및/또는 지연기에 대해 요구되는 편광 거동을 얻기 위하여 사용될 수 있다.
지연기가 제공되는 것은 필수적인 것은 아니다. 일 실시예에서, 계측 장치는 지연기가 없이 조명 편광자(171) 및/또는 검출 편광자(174)를 포함한다. 더욱이, 편광자는 필수적인 것은 아니다. 일 실시예에서, 편광자 및 지연기는 조명 브랜치에만 제공된다. 일 실시예에서, 방사선의 편광을 퓨필 평면에서 조작하기 위하여 픽셀화된(pixelated) 광 변조기가 제공된다. 그러면 전술된 최적화가, 모든 퓨필 포인트에 대해 하나의 일반적인 설정이 아니라, 퓨필 포인트마다 실질적으로 수행될 수 있게 된다.
지연기는 계측 장치의 조명 및 검출 브랜치에 있는 위상차를 조절하도록 구성된다. 이것은 s 및 p 성분들 사이의 위상차를 조절함으로써 이루어진다. 오버레이 감도와 같은 파라미터가 제어될 수 있다. 도 18은 조명 방사선의 위상차 △E(Y 축) 및 파장(X 축)에 의존하여 오버레이 감도가 어떻게 변하는지를 보여주는 차트이다. 도 18에서, 위상차 △E는 조명 방사선의 s 및 p 성분 사이의 위상차(라디안 단위)이다. 우측의 척도는 오버레이 감도 스케일을 나타낸다.
도 18에 표시된 바와 같이, 오버레이 감도는 위상차 △E에 의존한다. 도 19에는 오버레이 감도가 어떻게 물리적으로 증가되는지가 표시된다. 오버레이 감도는 하단 및 상단 격자로부터 반사된 진폭들의 세기에 따라 달라진다. s 성분만을 검출하도록 검출기 편광이 설정된다고 가정하면, 검출기에서의 S 성분은 조명 광 s-s 비변환 부분으로부터 생길 것이고 조명 광 p-s 변환된 부분은 검출기에서 간섭성으로(coherently) 가산될 것이다. 조명부에서의 지연을 조절함으로써, 간섭성 가산이 강화될 수 있다. 따라서 오버레이 감도가 증가될 수 있다. 편광되지 않은 조명 방사선은 고속 랜덤 위상차들을 가진다. 고속 랜덤 위상차의 영향들이 서로 상쇄되고, 결과적으로 양자 모두의 편광이 비간섭성으로(incoherently) 가산된다. 그러나, 편광된 조명 방사선은 제어될 수 있는 위상차 △E를 가진다. 위상차 △E는 예를 들어 오버레이 감도를 최대화하도록 조절될 수 있다. 위상차 △E는 타원율에 관련된다.
일 실시예에서, 이러한 방법은 타겟 디자인 최적화와 결합된다. 특히, 일 실시예에서 이러한 방법은 측정 품질 파라미터 중 하나 이상을 최대화하기 위하여 계측 타겟의 피치 및 선택적으로 다른 피쳐를 선택하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 타겟 격자 라인의 서브-세그먼트화의 형상이 격자들 각각의 편광 속성을 수정 및 최적화하기 위해서 선택된다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 개시된 바와 같은 방법을 기술하는 기계 판독 가능한 명령어들의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 디스크 또는 광디스크)의 형태를 취할 수 있다. 더 나아가, 기계 판독 가능한 명령어는 두 개 이상의 컴퓨터 프로그램에서 구현될 수 있다. 두 개 이상의 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 상이한 메모리 및/또는 데이터 저장 미디어에 저장될 수 있다.
본 명세서에 개시된 하나 이상의 양태는 제어 시스템 내에 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 임의의 제어 시스템은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램이 장치의 적어도 하나의 컴포넌트 내에 위치된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의해 판독되는 경우 각각 또는 조합되어 동작될 수 있다. 제어 시스템은 각각 또는 조합하여 신호를 수신, 처리, 및 송신하기에 적합한 임의의 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 프로세서는 제어 시스템 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 제어 시스템은 전술된 방법에 대한 머신-판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 이러한 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 데이터 저장 매체, 및/또는 이러한 매체를 수용하기 위한 하드웨어를 포함할 수 있다. 그러므로, 제어 시스템(들)은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램의 머신 판독가능 명령에 따라 동작할 수 있다.
다른 실시예들은 아래의 번호가 매겨진 절에서 더욱 기술된다:
1. 하나 이상의 측정 품질 파라미터에 대하여, 패터닝 프로세스를 사용하여 처리된 기판의 계측 타겟의 측정과 연관된 복수 개의 편광 특성을 평가하는 단계; 및
상기 측정 품질 파라미터 중 하나 이상에 기반하여, 상기 복수 개의 편광 특성 중에서 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제 1 절에 있어서,
상기 편광 특성은 편광각 및/또는 직교 편광 성분들 사이의 위상차를 포함하는, 방법.
3. 제 2 절에 있어서,
상기 편광각은, 상기 계측 타겟의 측정 시에 상기 계측 타겟을 조명하는 방사선의 편광각을 포함하는, 방법.
4. 제 2 절 또는 제 3 절에 있어서,
상기 편광각은, 상기 계측 타겟의 측정 시에 상기 계측 타겟으로부터 반사되는 방사선을 검출하는 검출기의 편광자의 편광각을 포함하는, 방법.
5. 제 2 절 내지 제 4 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 편광 특성은, 상기 계측 타겟의 측정 시에 상기 계측 타겟을 조명하는 방사선의 직교 편광들 사이의 위상차를 포함하는, 방법.
6. 제 2 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 편광 특성은, 상기 계측 타겟의 측정 시에 상기 계측 타겟으로부터 반사되는 방사선을 검출하는 검출기의 지연기(retarder)에 의해 부여되는 위상차를 포함하는, 방법.
7. 제 1 절 내지 제 6 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 측정 품질 파라미터는 스택 감도, 오버레이 감도 및 회절 효율 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
8. 제 1 절 내지 제 7 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 선택하는 단계는,
상기 복수 개의 편광 특성 중에서, 상기 측정 품질 파라미터 중 하나 이상의 측정 품질 파라미터가, 평가된 복수 개의 편광 특성들로부터의 최대값 또는 최소값으로부터 소정의 유한 범위 내에 있게 하는, 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 것을 포함하는, 방법.
9. 제 1 절 내지 제 8 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 선택하는 단계는,
상기 복수 개의 편광 특성 중에서, 상기 측정 품질 파라미터 중 하나 이상의 측정 품질 파라미터가 임계 값에 도달하게 하는 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 것을 포함하는, 방법.
10. 제 9 절에 있어서,
상기 선택하는 단계는,
상기 복수 개의 편광 특성 중에서, 상기 측정 품질 파라미터 중 하나 이상의 다른 측정 품질 파라미터가, 상기 측정 품질 파라미터 중 상기 하나 이상의 측정 품질 파라미터가 임계 값에 도달하게 하는 평가된 복수 개의 편광 특성들로부터의 최대값 또는 최소값으로부터 소정의 유한 범위 내에 있게 하는, 하나 이상의 편광 특성을 선택하는 것을 포함하는, 방법.
11. 제 1 절 내지 제 10 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 평가하는 단계는 시뮬레이션에 의해 수행되는, 방법.
12. 제 1 절 내지 제 11 절 중 어느 한 절의 방법에서 선택된 하나 이상의 편광각에 따라, 기판 상의 계측 타겟을 측정하는 단계를 포함하는, 측정 방법.
13. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하는 계측 장치로서,
상기 계측 장치는 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절의 방법을 수행하도록 동작가능한, 리소그래피 프로세스 파라미터 계측 장치.
14. 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
프로세서가 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절의 방법이 수행되게 하기 위한 머신-판독가능 명령을 저장하는, 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품.
15. 기판 상의 두 개의 인접하는 주기적 구조체 또는 측정 타겟에 방사선 빔을 제공하고, 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출하여 패터닝 프로세스의 파라미터를 결정하도록 구성되는 검사 장치; 및
제 14 절의 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는, 시스템.
16. 제 15 절에 있어서,
상기 시스템은, 방사선 빔을 변조하기 위해 패터닝 디바이스를 홀딩하도록 구성되는 지지 구조체 및 변조된 방사선 빔을 방사선 감응 기판 상에 투영하도록 배치되는 투영 광학계를 더 포함하는, 시스템.
17. 계측 측정을 최적화하는 방법으로서,
제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절의 방법; 및
측정 품질 파라미터 중 하나 이상을 최대화하도록 계측 타겟의 피치 및 다른 피쳐를 선택하는 단계를 포함하는, 계측 측정 최적화 방법.
비록 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 실시예의 사용에 대해 특히 언급해 왔지만, 본 발명이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있고, 콘텍스트가 허용하는 경우 광 리소그래피로 제한되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 적용함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.
본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.
본 명세서에 사용된 "렌즈"라는 용어는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자자기, 및 정전기 광 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 광 컴포넌트 중 임의의 것 또는 조합을 가리킬 수 있다.
특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명 실시예들의 전반적인 특성을 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있게 한다. 따라서, 이러한 수정 및 적응은 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하는 개시 실시예의 등가물의 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서 구문 또는 어휘는 예에 의한 설명의 목적을 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 따라서 본 명세서의 용어 또는 구문은 교시 및 지도를 고려하여 당업자에 의하여 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 적용 범위 및 범위는 전술한 예시 실시예의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안되며, 후속하는 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
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