KR20230113565A - 메트롤로지 방법 및 관련 장치 - Google Patents

Abstract

메트롤로지 방법이 개시된다. 상기 방법은 측정되는 적어도 하나의 타겟에 기인하지 않는 메트롤로지 신호에 대한 기여도를 포함하는, 메트롤로지 신호에 대한 주변 신호 기여도와 관련된 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터를 측정하고, 상기 주변 관찰 가능 파라미터로부터 보정을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 보정은 상기 적어도 하나의 타겟 중 하나보다 큰 하나 이상의 타겟에 측정 스팟을 형성하는 측정 방사선을 사용하여 하나 이상의 타겟의 측정과 관련된 제1 측정 데이터를 보정하는 데 사용된다.

Description

메트롤로지 방법 및 관련 장치

본 출원은 2020년 12월 8일에 출원된 미국 출원 63/122,641의 우선권을 주장하며, 그 전문은 본 명세서에 참조로 포함된다.

본 발명은 예를 들어 리소그래피 기술에 의해 장치 제조에서 메트롤로지를 수행하는 데 사용할 수 있는 메트롤로지 장치 및 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 도포하는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예를 들어, 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.

리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성된 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경 및 오버레이, 즉 디바이스 내의 두 층들의 정렬 정확성을 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 최근에는, 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 스케터로미터(scatterometer)들이 개발되었다. 이 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 산란된 방사선의 1 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 1 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광(polarization) - 을 측정하여, 타겟의 관심 속성(property of interest)이 결정될 수 있는 회절 "스펙트럼"을 얻는다.

알려진 스케터로미터들의 예시들은 US2006033921A1 및 US2010201963A1에서 설명된 타입의 각도-분해 스케터로미터(angle-resolved scatterometer)들을 포함한다. 이러한 스케터로미터들에 의해 사용되는 타겟들은 비교적 큰, 예를 들어 40㎛×40㎛ 이며, 타겟 및 측정 빔은 격자보다 작은 스팟을 발생시킨다[즉, 타겟이 언더필링(underfill)됨]. 다크 필드 이미징 메트롤로지(dark field imaging metrology)의 예시들은 국제 특허 출원들 US20100328655A1 및 US2011069292A1에서 찾아볼 수 있으며, 이 문서들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 공개된 특허 공개공보들 US20110027704A, US20110043791A, US2011102753A1, US20120044470A, US20120123581A, US20130258310A, US20130271740A 및 WO2013178422A1에서 설명되었다. 이 타겟들은 조명 스팟보다 작을 수 있고[즉, 타겟이 오버필링(overfill)됨], 웨이퍼 상의 제품 구조체(product structure)들에 의해 둘러싸일 수 있다. 다수 격자들이 복합(composite) 격자 타겟을 이용하여 하나의 이미지에서 측정될 수 있다. 또한, 이 모든 출원들의 내용들은 본 명세서에서 인용참조된다.

오버필링된 메트롤로지 기술은 측정 스팟 내에서 다른 구조가 캡처되어 크로스토크(crosstalk)(측정 신호의 이웃 구조로부터의 기여)로 이어지게끔 할 수 있다. 이 결과는 오버필링된 오버레이/초점 메트롤로지 및 오버필링된 정렬에 동일하게 적용된다.

이와 같이, 오버필링된 타겟에 대한 메트롤로지 정확도를 개선하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 제1 양태는 메트롤로지 방법을 제공하며, 상기 방법은 측정되는 적어도 하나의 타겟에 기인하지 않는 메트롤로지 신호에 대한 기여도를 포함하는, 메트롤로지 신호에 대한 주변 신호 기여도에 관한 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터를 측정하는 단계; 주변 관찰 가능 파라미터로부터 보정을 결정하는 단계; 적어도 하나의 타겟 중 하나보다 큰 하나 이상의 타겟 상에 측정 스팟을 형성하는 측정 방사선을 사용하여 하나 이상의 타겟의 측정과 관련된 제1 측정 데이터를 획득하는 단계; 및 보정을 제1 측정 데이터에 적용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제2 양태는 메트롤로지 장치를 제공하며, 상기 장치는: 적어도 하나의 타겟 및 제품 구조를 기판 내에 갖는 기판에 대한 지지체; 각 타겟을 측정하는 광학기; 프로세서; 및 프로세서가 제1 양태의 방법을 수행하게끔 메트롤로지 장치를 제어할 수 있도록 작동 가능한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 캐리어를 포함한다.

본 발명은 또한 프로세서로 하여금 제1 양태의 방법을 수행하게 하기 위한 기계 판독 가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품, 및 관련 메트롤로지 장치, 리소그래피 시스템 및 장치 제조 방법을 포함한다.

본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작뿐만 아니라 본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다. 본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이러한 실시예는 단지 예시의 목적으로만 본 명세서에 제시된다. 추가적인 실시예는 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 관련 기술의 당업자들에게 명백할 것이다.

이제 본 발명의 실시예는 대응하는 참조 부호가 대응하는 부분을 나타내는 첨부된 개략도를 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 검사 장치가 사용될 수 있는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시한다.
도 3a 및 3b는 각도 분해 스캐터로메트리(angle-resolved scatterometry) 및 암시야 이미징(dark-field imaging) 검사 방법을 수행하는 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 조정 가능한 정렬 센서의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 조정 가능한 대안적인 메트롤로지 장치의 개략도이다.
도 6a 내지 6c는: 입력 방사선의 퓨필 이미지 도 6a; 도 5의 메트롤로지 장치의 작동 원리를 예시하는 축외(off-axis) 조명 빔의 퓨필 이미지 도 6b; 및 도 5의 메트롤로지 장치의 또 다른 작동 원리를 예시하는 축외 조명 빔의 퓨필 이미지 도 6c를 포함한다.
도 7은 메트롤로지 타겟에서 수행된 주변 구조물에 의해 영향을 받는 오버필링된 측정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8은 비가시적 타겟 구조체의 측정을 개략적으로 도시하며, 여기서 비가시적 타겟 구조체 및 비가시적 타겟 구조체의 메트롤로지에 기초한 방법은 본 발명의 실시예에 따른다.

본 발명의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 바람직하다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한 것이다. 장치는 방사선 빔(예를 들어, 자외선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 패터닝 디바이스를 특정 파라미터에 따라 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 각각 기판(예를 들어, 레지스트 코팅 웨이퍼)(W)을 고정하도록 구성되고 각각 특정 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결되는 2개의 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa, WTb); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부[예를 들어, 하나 이상의 다이(dies)를 포함함]에 투영하도록 구성된 투영 시스템(굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)이 있다. 기준 프레임(RF)은 다양한 구성 요소를 연결하고 패터닝 디바이스와 기판 및 그 위에 있는 피처의 위치를 설정하고 측정하기 위한 기준 역할을 한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 형성 또는 제어하기 위해 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광학 구성 요소 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다.

패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방향, 리소그래피 장치의 설계 및 기타 조건(예: 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부)에 따라 달라지는 방식으로 패터닝 디바이스를 고정한다. 패터닝 디바이스 지지체는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템과 관련하여 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하는 것과 같이 단면에 패턴을 갖는 방사선 빔을 부여하는 데 사용될 수 있는 임의의 장치를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 예를 들어, 패턴이 위상 이동 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist features)를 포함하는 경우, 방사선 빔에 부여된 패턴은 기판의 타겟부에서 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있음에 유의해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에서 생성되는 디바이스의 특정 기능 층에 대응할 것이다.

여기에 도시된 바와 같이, 장치는 투과형(예를 들어, 투과형 패터닝 디바이스를 채용)이다. 또는, 장치는 반사형일 수 있다(예를 들어, 전술한 유형의 프로그래밍 가능한 미러 어레이를 채용하거나 반사 마스크를 채용). 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그래밍 가능한 미러 어레이 및 프로그래밍 가능한 LCD 패널이 있다. 본 명세서에서 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 사용은 보다 일반적인 용어인 "패터닝 디바이스"와 동의어로 간주될 수 있다. "패터닝 디바이스"라는 용어는 이러한 프로그래밍 가능한 패터닝 디바이스를 제어하는 데 사용하기 위해 디지털 형식의 패턴 정보를 저장하는 장치를 지칭하는 것으로 해석할 수도 있다.

본 문서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는 굴절, 반사, 반사굴절(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템 또는 이들의 조합을 포함하여 사용되는 노광 방사선 또는 침지 액체 사용 또는 진공 사용과 같은 기타 요인에 적합한 모든 유형의 투영 시스템을 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다. 본 문서에서 "투영 렌즈"라는 용어는 보다 일반적인 용어인 "투영 시스템"과 동의어로 간주될 수 있다.

리소그래피 장치는 또한 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부가 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 액체(예: 물)로 덮일 수 있는 유형일 수 있다. 침지 액체는 리소그래피 장치의 다른 공간, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 수치 조리개(numerical aperture)를 증가시키는 것으로 당업자에게 잘 알려져 있다.

작동 시, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수신한다. 광원과 리소그래피 장치는 예를 들어 광원이 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우와 같이 별도의 독립체일 수 있다. 이러한 경우, 광원은 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 광원(SO)으로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우, 예를 들어 광원이 수은 램프인 경우와 같은 경우, 광원은 리소그래피 장치의 필수적인 부분일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)은 필요한 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.

조명기(IL)는 예를 들어 방사선 빔의 각도 강도 분포를 조정하기 위한 조정기(AD), 적분기(IN) 및 콘덴서(CO)를 포함할 수 있다. 조명기는 방사선 빔을 조절하고, 그 단면에서 원하는 균일성 및 강도 분포를 갖도록 하는 데 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(MT)에 고정되어 있는 패터닝 디바이스(MA)에 입사되어 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예: 마스크)(MA)를 통과한 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 이 투영 시스템은 빔을 기판(W)의 타겟부(C)에 포커싱한다. 제2 포지셔너(PW) 및 위치 센서(IF)[(예: 간섭계 장치, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 정전용량 센서(capacitive sensor))의 도움으로, 기판 테이블(WTa 또는 WTb)을 정확하게 이동시킬 수 있다[예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로에 다른 타겟부(C)을 위치시키기 위해]. 유사하게, 제1 포지셔너(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시적으로 도시되지 않음)는 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 기계적 검색 후 또는 스캔 중에 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 레티클/마스크)(MA)를 정확하게 위치시키는 데 사용될 수 있다.

패터닝 디바이스(예: 레티클/마스크)(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도면과 같은 기판 정렬 마크는 전용 타겟부를 차지하지만, 타겟부 사이의 공간에 위치할 수 있다[이를 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크라고 함]. 마찬가지로, 패터닝 디바이스(예: 마스크)(MA)에 둘 이상의 다이가 제공되는 상황에서, 마스크 정렬 마크는 다이들 사이에 위치할 수 있다. 작은 정렬 마크가 디바이스 피처 사이 다이 내에 포함될 수도 있는데, 이 경우 마커는 가능한 한 작고 인접한 피처와 다른 이미징 또는 공정 조건을 필요로 하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 감지하는 정렬 시스템은 아래에 자세히 설명되어 있다.

도시된 장치는 다양한 모드에서 사용될 수 있다. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)와 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안(즉, 단일 동적 노광) 동기적으로 스캔된다. 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 (반)확대 및 이미지 반전 특성에 의해 결정될 수 있다. 스캔 모드에서 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광에서 타겟 부분의 폭(비스캐닝 방향)을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟 부분의 높이(스캐닝 방향)를 결정한다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 다른 유형의 리소그래피 장치 및 작동 모드가 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려져 있다. 소위 "마스크 없는(maskless)" 리소그래피에서, 프로그래밍 가능한 패터닝 디바이스는 고정되어 있지만 패턴이 변화하는 상태로 유지되고, 기판 테이블(WT)은 이동되거나 스캔된다.

위에서 설명한 사용 모드의 조합 및/또는 변형 또는 완전히 다른 사용 모드도 사용될 수 있다.

리소그래피 장치(LA)는 소위 듀얼 스테이지 타입으로, 두 개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 두 개의 스테이션[노광 스테이션(EXP) 및 측정 스테이션(MEA)]이 있으며, 이 사이에서 기판 테이블을 교환할 수 있다. 한 기판 테이블의 기판 하나가 노광 스테이션에서 노광되는 동안 다른 기판은 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블에 로드되고 다양한 준비 단계가 수행될 수 있다. 이를 통해 장비의 처리량을 크게 늘릴 수 있다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 높이 윤곽을 매핑하고 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 위치 센서(IF)가 측정 스테이션뿐만 아니라 노광 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 기준 프레임(RF)을 기준으로 양쪽 스테이션에서 기판 테이블의 위치를 추적할 수 있도록 제2 위치 센서가 제공될 수 있다. 도시된 이중 스테이지 배열 대신에 다른 배열이 공지되어 있고 사용 가능하다. 예를 들어, 기판 테이블과 측정 테이블이 제공되는 다른 리소그래피 장치가 알려져 있다. 이들은 준비 측정을 수행할 때 함께 도킹된 다음 기판 테이블이 노광되는 동안 도킹이 해제된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 노광 전(pre-exposure) 및 노광 후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 상기 기판들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 세트적으로 트랙이라고도 하는 이 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 속성들을 측정하도록 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소셀(LC)이 위치되는 제조 시설은 리소셀에서 처리된 기판(W)들 중 일부 또는 전체를 수용하는 메트롤로지 시스템(MET)을 포함한다. 메트롤로지 결과들은 감독 제어 시스템(SCS)에 간접적으로 또는 직접적으로 제공된다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 후속한 기판들의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 수율을 개선하도록 벗겨져서(strip) 재가공(rework)되거나, 버려져서 결점이 있다고 알려진 기판들에 또 다른 처리를 수행하는 것을 회피할 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 양호한 타겟부들 상에만 또 다른 노광들이 수행될 수 있다.

메트롤로지 시스템(MET) 내에서, 검사 장치는 기판의 속성들을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 속성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 속성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분들과 노광되지 않은 레지스트의 부분들 사이에 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재하고 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 측정들은 통상적으로 노광된 기판들 상에서 수행되는 제 1 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광-후 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠상(semi-latent)이라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 - 의 측정들을 수행하는 것이 가능하고, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결점이 있는 기판들의 재가공에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.

리소그래피 모니터링 맥락에서 메트롤로지에 적합한 메트롤로지 장치의 한 예로 스캐터로미터(scatterometer)가 있다. 스캐터로미터는 암시야 스캐터로미터(0차 차수가 검출기 앞에서 차단되어 회절된 상위 차수만 캡처되는 경우)와 0차 차수도 캡처하는 명시야(bright-field) 스캐터로미터로 구성될 수 있다. 일부 스캐터로미터는 명시야 및 암시야 메트롤로지가 모두 가능하다. 알려진 암시야 산란 측정 기법은 한 쌍의 상보적인 고차 회절 차수 각각의 강도를 비교(예: +1 차수와 -1 차수의 각 강도를 비교)하여 측정 타겟의 비대칭성(비대칭성에 따른 강도 차이의 크기)을 결정한다. 타겟 비대칭은 오버레이 또는 타겟이 형성될 때의 초점 설정과 같은 다양한 관심 파라미터를 결정하는 데 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용하기에 적합한 메트롤로지 장치가 도 3a에 도시되어 있다. 이는 적합한 메트롤로지 장치의 한 예일 뿐이라는 점에 유의해야 한다. 다른 적합한 메트롤로지 장치는 예를 들어, WO2017/186483A1에 개시된 것과 같은 EUV 방사선을 사용할 수 있다. 타겟 구조체(T) 및 타겟 구조체를 비추는 데 사용되는 측정 방사선의 회절 광선은 도 3b에 보다 상세하게 도시되어 있다. 예시된 메트롤로지 장치는 암시야 메트롤로지 장치로 알려진 유형이다. 메트롤로지 장치는 독립형 장치이거나 리소그래피 장치[예: 측정 스테이션의 리소그래피 장치(LA)] 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 광축은 장치 전체에 걸쳐 여러 가지 분기(branch)를 가지며 점선(O)으로 표시된다. 이 장치에서 광원(예: 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)로 구성된 광학 시스템에 의해 빔 분할기(15)를 통해 기판(W)으로 향하게 된다. 이러한 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배열된다. 여전히 검출기에 기판 이미지를 제공하고 동시에 공간 주파수 필터링을 위한 중간 퓨필 평면의 접근을 허용하는 경우 다른 렌즈 배열을 사용할 수 있다. 따라서 방사선이 기판에 입사되는 각도 범위는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면[여기서는 (공액) 퓨필 평면이라고 함]에서 공간 강도 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 대물 렌즈 퓨필 평면의 후방 투영 이미지인 평면에 렌즈(12, 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(13)를 삽입하여 이 작업을 수행할 수 있다. 예시된 예에서, 어퍼처 플레이트(13)는 서로 다른 조명 모드를 선택할 수 있도록 13N 및 13S로 표시된 서로 다른 형태를 갖는다. 본 실시예의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서 어퍼처 플레이트(13N)는 설명의 편의를 위해 '북쪽'으로 지정된 방향에서 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서는 어퍼처 플레이트(13S)를 사용하여 유사한 조명을 제공하지만 '남쪽'으로 표시된 반대 방향에서 조명을 제공한다. 다른 어퍼처를 사용하여 다른 조명 모드를 사용할 수 있다. 원하는 조명 모드 이외의 불필요한 빛은 원하는 측정 신호를 방해하므로 퓨필 평면의 나머지 부분은 어둡게 하는 것이 바람직하다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 타겟 구조체(T)는 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인 기판(W)과 함께 배치된다. 기판(W)은 지지체(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도에서 타겟 구조체(T)에 충돌하는 측정 방사선(I)은 0차 광선(실선 0)과 두 개의 1차 광선(점-사슬 선 +1 및 이중 점-사슬 선 -1)을 발생시키며, 이하 한 쌍의 상보 회절 차수라고 지칭한다. 상보 회절 차수 쌍은 +2, -2 쌍 등 더 높은 차수 쌍일 수 있으며, 1차 상보 쌍에 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 작은 타겟 구조체가 오버필링된 경우, 이러한 광선은 메트롤로지 타겟 구조체(T) 및 기타 피처를 포함하여 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선 중 하나에 불과하다는 점을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 어퍼처는 폭이 유한하기 때문에(유용한 양의 빛을 받아들이는 데 필요하므로) 입사 광선(I)은 실제로 다양한 각도를 가지고 회절 광선 0과 +1/-1은 어느 정도 분산된다. 작은 타겟의 점 확산 함수에 따르면, 각 차수 +1과 -1은 도면과 같이 하나의 이상적인 광선이 아니라 다양한 각도에 걸쳐 더 확산된다. 타겟 구조체의 격자 피치와 조명 각도는 대물 렌즈로 들어오는 1차 광선이 중심 광축과 밀접하게 정렬되도록 설계하거나 조정할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 도 3a 및 3b에 표시된 광선은 다이어그램에서 더 쉽게 구분할 수 있도록 하기 위해 축에서 약간 벗어난 상태로 표시되어 있다.

기판(W)의 타겟 구조체(T)에 의해 회절된 적어도 0차 및 +1차는 대물 렌즈(16)에 의해 수집되어 빔 분할기(15)를 통해 다시 향하게 된다. 도 3a로 돌아가서, 북쪽(N) 및 남쪽(S)으로 표시된 직경이 정반대인 어퍼처를 지정하여 제1 및 제2 조명 모드를 모두 설명한다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽에서 오는 경우, 즉 어퍼처 플레이트(13N)를 사용하여 제1 조명 모드가 적용되는 경우, +1(N)으로 표시된 +1 회절 광선이 대물 렌즈(16)로 입사한다. 반대로 어퍼처 플레이트(13S)를 사용하여 제2 조명 모드가 적용되면 -1 회절 광선[1(S)로 표시됨]이 렌즈(16)로 입사한다.

제2 빔 분할기(17)는 회절된 빔을 두 개의 측정 분기로 나눈다. 제1 측정 분기에서 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 사용하여 제1 센서(예: CCD 또는 CMOS 센서)에서 타겟 구조체의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지 또는 각도 해상도 이미지)을 형성한다. 각 회절 순서는 센서의 다른 스팟에 도달하므로 이미지 처리기가 순서를 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의해 캡처된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치의 초점을 맞추거나 1차 빔의 강도 측정을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 퓨필 평면 이미지는 또한 퓨필 평면 이미지의 비대칭성에 기반한 재구성 또는 메트롤로지를 포함하는 많은 측정 목적에 사용될 수 있다.

제2 측정 분기에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 타겟 구조체(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기에서, 어퍼처 스톱(21)은 퓨필 평면에 접합된 평면에 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은 0차 회절 빔을 차단하여 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지가 -1 또는 +1의 1차 빔으로만 형성되도록 하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의해 캡처된 이미지는 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 그 기능은 수행되는 특정 측정 유형에 따라 달라진다. 여기서 '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다. 격자 선의 이미지는 -1 및 +1 차수 중 하나만 존재하는 경우 형성되지 않는다.

또 다른 유형의 메트롤로지 장치는 정렬 센서이다. 리소그래피 장치는 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 하나 이상의(예를 들어, 복수의) 정렬 센서를 포함할 수 있다. 정렬(또는 위치) 센서는 회절 및 간섭과 같은 광학 현상을 사용하여 기판 상에 형성된 정렬 마크로부터 위치 정보를 얻을 수 있다. 현재 리소그래피 장치에 사용되는 정렬 센서의 예는 US6961116에 설명된 대로 자기 참조 간섭계(self-referencing interferometer)를 기반으로 한다. 예를 들어 US2015261097A1에 개시된 바와 같이 위치 센서의 다양한 개선 및 수정이 개발되었다. 이러한 공보물들의 모든 내용은 본 문서에 참조로서 포함된다.

마크 또는 정렬 마크(보다 일반적으로 타겟의 한 유형)는 기판 상에 형성되거나 기판 내에 (직접) 형성된 층에 형성된 일련의 막대(bar)로 구성될 수 있다. 막대는 일정한 간격을 두고 격자 선으로 작용할 수 있으므로 마크는 잘 알려진 공간 주기(피치)를 갖는 회절 격자로 간주될 수 있다. 이러한 격자 선의 방향에 따라, 마크는 X축을 따라 또는 Y축(X축에 실질적으로 수직인 방향)을 따라 위치를 측정할 수 있도록 설계될 수 있다. X축 및 Y축에 대해 +45도 및/또는 -45도로 배열된 막대로 구성된 마크는 참조로 포함된 US2009/195768A에 설명된 기술을 사용하여 X축 및 Y축을 결합하여 측정할 수 있다.

정렬 센서는 방사선으로 각 마크를 광학적으로 스캔하여 사인파와 같이 주기적으로 변화하는 신호를 얻는다. 이 신호의 위상을 분석하여 정렬 센서에 대한 마크 및 기판의 위치를 결정하고, 이 위치는 다시 리소그래피 장치의 기준 프레임에 대해 고정된다. 정렬 센서가 주기적 신호의 서로 다른 사이클과 사이클 내의 정확한 위치(위상)를 구별할 수 있도록 서로 다른(대략적이고 미세한) 마크 치수와 관련된 소위 대략적이고 미세한 마크(coarse and fine marks)가 제공될 수 있다. 이를 위해 다른 피치의 마크도 사용할 수 있다.

마크의 위치를 측정하면 마크가 제공되는 기판의 변형(예: 웨이퍼 그리드 형태)에 대한 정보도 제공할 수 있다. 기판의 변형은 예를 들어 기판이 기판 테이블에 정전기적으로 고정되거나 기판이 방사선에 노광될 때 기판이 가열되는 등의 방식으로 발생할 수 있다.

도 4는 공지된 정렬 센서(AS)의 실시예의 개략적인 블록도이다. 방사선 소스(RSO)는 하나 이상의 파장의 방사선 빔(RB)을 제공하며, 이 빔은 광학 장치를 통해 기판(W)에 위치한 마크(AM)와 같은 마크로 전환되어 조명 스팟(SP)으로 전환된다. 이 예에서 전환 광학 장치는 스팟 미러(SM)와 대물 렌즈(OL)로 구성된다. 마크(AM)가 조명되는 조명 스팟(SP)은 마크 자체의 폭보다 직경이 약간 작을 수 있다.

마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 [이 예에서는 대물 렌즈(OL을 통해)] 정보 전달 빔(IB)로 콜리메이트(collimated)된다. "회절"이라는 용어는 마크에서 0차 회절(반사라고 할 수 있음)을 포함하기 위한 것이다. 예를 들어, 위에서 언급한 US6961116에 개시된 유형의 자기 참조 간섭계(SRI)는 빔(IB)을 스스로 간섭하고, 이후 빔은 광 검출기(PD)에 의해 수신된다. 방사선 소스(RSO)에 의해 둘 이상의 파장이 생성되는 경우 별도의 빔을 제공하기 위해 추가 광학 장치(도시되지 않음)가 포함될 수 있다. 광 검출기는 단일 요소일 수도 있고, 원하는 경우 다수의 픽셀로 구성될 수도 있다. 광 검출기는 센서 어레이로 구성될 수 있다.

이 예에서 스팟 미러(SM)를 포함하는 전환 광학기는 마크에서 반사되는 0차 방사선을 차단하여 정보 전달 빔(IB)이 마크(AM)에서 나오는 고차 회절 방사선만 포함하도록 하는 역할을 할 수도 있다(이는 측정에 필수적이지는 않지만 신호 대 잡음비를 개선함).

강도 신호(SI)는 처리 유닛(PU)에 공급된다. 블록(SRI)의 광학 처리와 처리 유닛(PU)의 계산 처리가 결합되어 기준 프레임에 대한 기판의 X 및 Y 위치 값이 출력된다.

예시된 유형의 단일 측정은 마크의 한 피치에 해당하는 특정 범위 내에서만 마크의 위치를 고정한다. 표시된 위치를 포함하는 사인파의 주기를 식별하기 위해 더 거친 측정 기법이 함께 사용된다. 더 거칠거나 더 미세한 수준에서 동일한 프로세스를 다른 파장에서 반복하여 정확도를 높이고 마크가 만들어지는 재료와 마크가 제공되는 재료 위 및/또는 아래에 관계없이 마크를 강력하게 감지할 수 있다. 이러한 다중 파장 측정의 수행 및 처리 개선 사항은 아래에 개시되어 있다.

정렬 및 제품/공정 모니터링 메트롤로지 애플리케이션을 모두 갖춘 또 다른 특정 유형의 메트롤로지 센서가 유럽 출원 EP18195488.4 및 EP19150245.9에 설명되어 있으며, 이 출원은 본 명세서에 참고로서 포함된다. 이는 최적화된 일관성을 갖춘 메트롤로지 장치에 대해 설명한다. 보다 구체적으로, 메트롤로지 장치는 복수의 공간적으로 일관성이 없는 측정 조명의 빔을 생성하도록 구성되며, 상기 빔의 각 빔(또는 상기 빔의 측정 쌍의 두 빔, 각 측정 쌍은 측정 방향에 대응함)은 단면 내에 해당 영역을 가지며, 이러한 영역에서의 빔 간의 위상 관계는 알려져 있다(즉, 해당 영역에 대해 상호 공간적 일관성이 있음).

이러한 메트롤로지 장치는 허용 가능한(최소한의) 간섭 아티팩트(interference artifacts)[스펙클(speckle)]로 작은 피치 타겟을 측정할 수 있으며 암시야 모드에서도 작동할 수 있다. 이러한 메트롤로지 장치는 기판 위치 측정(예: 고정 기준 위치에 대한 주기적 구조 또는 정렬 마크의 위치 측정)을 위한 위치 또는 정렬 센서로 사용될 수 있다. 그러나 이 메트롤로지 장치는 오버레이 측정(예: 스티칭 마크의 경우 다른 레이어 또는 동일한 레이어에 있는 주기적 구조의 상대적 위치 측정)에도 사용할 수 있다. 또한 이 메트롤로지 장치는 주기적 구조의 비대칭을 측정할 수 있으므로 타겟 비대칭 측정에 기반한 모든 파라미터[예: 회절 기반 오버레이(DBO) 기술을 사용한 오버레이 또는 회절 기반 초점(DBF) 기술을 사용한 초점]를 측정하는 데 사용할 수 있다.

도 5는 이러한 메트롤로지 장치의 가능한 구현을 도시한다. 메트롤로지 장치는 기본적으로 새로운 조명 모드를 갖춘 표준 현미경으로 작동한다. 메트롤로지 장치(300)는 장치의 주요 구성요소를 포함하는 광학 모듈(305)을 포함한다. 조명 소스(310)는[모듈(305) 외부에 위치할 수 있고 다중 모드 광섬유(315)에 의해 광학적으로 결합될 수 있음] 광학 모듈(305)에 공간적으로 비일관적인 방사선 빔(320)을 제공한다. 광학 구성 요소(317)는 공간적으로 비일관적인 방사선 빔(320)을 일관된 축외 조명 발생기(325)로 전달한다. 이 구성 요소는 본 발명의 개념에 특히 중요하며, 보다 상세하게 설명될 것이다. 일관적인 축외 조명 발생기(325)는 공간적으로 비일관적인 방사선 빔(320)으로부터 복수의(예를 들어, 4개의) 축외 빔(330)을 생성한다. 이러한 축외 빔(330)의 특성은 이하에서 상세히 설명한다. 조명 발생기의 0차 차수는 조명 0차 차수 블록 요소(375)에 의해 차단될 수 있다. 이러한 0차 차수는 본 명세서에 설명된 일부 일관적인 축외 조명 발생기 예들(예를 들어, 위상 격자 기반 조명 발생기)에 대해서만 존재할 것이므로, 이러한 0차 차수 조명이 생성되지 않는 경우에는 생략될 수 있다. 축외 빔(330)은 [광학 구성 요소(335) 및] 스팟 미러(340)를 통해 (예를 들어, 높은 NA) 대물 렌즈(345)로 전달된다. 대물 렌즈는 축외 빔(330)을 기판(350)에 위치한 샘플(예: 주기적 구조/정렬 마크)에 초점을 맞추고, 여기서 산란 및 회절시킨다. 산란된 더 높은 회절 차수(355+, 355-)(예를 들어, 각각 +1 및 -1 차수)는 스팟 미러(340)를 통해 다시 전파되고, 광학 구성 요소(360)에 의해 센서 또는 카메라(365)에 초점이 맞춰져 간섭 패턴을 형성하게 된다. 적합한 소프트웨어를 실행하는 프로세서(380)는 카메라(365)에 의해 캡처된 간섭 패턴의 이미지를 처리할 수 있다.

0차 회절(정반사) 방사선은 검출 분기의 적절한 위치에서, 예를 들어, 스팟 미러(340) 및/또는 별도의 검출 0차 차단 요소에 의해 차단된다. 각 축외 조명 빔에 대해 0차 반사가 존재하며, 즉 현재 실시예에서는 이러한 0차 반사가 총 4개 존재한다는 점에 유의해야 한다. 4개의 0차 반사를 차단하는 데 적합한 어퍼처 프로파일의 예가 도 4b 및 c에 도시되어 있으며, 422로 표시되어 있다. 따라서 이 메트롤로지 장치는 "암시야" 메트롤로지 장치로 작동한다.

제안된 메트롤로지 장치의 주요 개념은 필요한 경우에만 측정 조명에서 공간 일관성을 유도하는 것이다. 보다 구체적으로, 각각의 축외 빔(330)에서 대응하는 퓨필 점 세트 사이에 공간적 일관성이 유도된다. 보다 구체적으로, 퓨필 점 세트는 각각의 축외 빔에 대응하는 단일 퓨필 점으로 구성되며, 퓨필 점 세트는 상호 공간적으로 일관성이 있지만 각 퓨필 점은 동일한 빔의 다른 모든 퓨필 점과 관련하여 비일관성을 갖는다. 이러한 방식으로 측정 조명의 일관성을 최적화함으로써, 각 축외 빔(330)이 공간적으로 일관성이 없기 때문에 최소한의 스펙클 아티팩트로 작은 피치 타겟에 대해 암시야 축외 조명을 수행하는 것이 가능해진다.

도 6은 개념을 설명하기 위해 세 개의 퓨필 이미지를 도시한다. 도 6a는 도 5의 퓨필 평면(P1)과 관련된 제1 퓨필 이미지를 도시하고, 도 6b 및 6c는 각각 도 5의 퓨필 평면(P2)와 관련된 제2 퓨필 이미지를 도시한다. 도 6a는 공간적으로 비일관적인 방사선 빔(320)을 (단면으로) 도시하고, 도 6b 및 6c는 두 가지 다른 실시예에서 일관된 축외 조명 발생기(325)에 의해 생성된 축외 빔(330)을 (단면으로) 도시한다. 각각의 경우, 외부 원(395)의 범위는 현미경 대물 렌즈의 최대 검출 NA에 해당하며, 이는 순전히 예를 들어 0.95 NA일 수 있다.

각 퓨필의 삼각형(400)은 서로에 대해 공간적으로 일관된 퓨필 점들의 세트를 나타낸다. 유사하게, 십자선(405)은 서로에 대해 공간적으로 일관된 또 다른 퓨필 점 세트를 나타낸다. 삼각형은 십자선 및 빔 전파에 대응하는 다른 모든 퓨필 점과 관련하여 공간적으로 일관성이 없다. 일반적인 원칙(도 6b에 표시된 예에서)은 상호 공간적으로 일관된 각 퓨필 점 세트(각 일관된 점 세트)가 조명 퓨필(P2) 내에서 다른 모든 일관된 점 세트와 동일한 간격을 갖는다는 것이다. 따라서, 이 실시예에서, 각 일관된 점 세트는 다른 모든 일관된 점 세트의 퓨필 내에서의 변환이다.

도 6b에서 삼각형(400)으로 표시된 제1 일관된 점 세트의 각 퓨필 점 사이의 간격은 십자선(405)으로 표시된 일관된 점 세트의 각 퓨필 점 사이의 간격과 같아야 한다. 여기서 '간격'은 방향성을 의미하며, 즉 삼각형 세트(제1 점 세트)에 대해 십자선 세트(제2 점 세트)가 회전할 수 없다. 이와 같이, 각각의 축외 빔(330)은 그 자체로 비일관적인 방사선을 포함하지만, 축외 빔(330)은 함께 알려진 위상 관계(공간적 일관성)를 갖는 단면 내에 상응하는 점 세트를 갖는 동일한 빔을 포함한다. 각 점 세트의 점들이 동일한 간격을 가질 필요는 없다는 점에 유의해야 한다(예를 들어, 이 예에서 4개의 삼각형(405) 사이의 간격이 동일할 필요는 없음). 따라서, 축외 빔(330)은 퓨필 내에서 대칭적으로 배열될 필요는 없다.

도 6c는 이 기본 개념을 확장하여 빔(330X)이 제1 방향(X 방향)에 대응하고 빔(330Y)이 제2 방향(Y 방향)에 대응하는 단일 측정 방향에 대응하는 빔들 사이에만 상호 공간 일관성을 제공할 수 있음을 도시한다. 이 예에서, 정사각형 및 플러스 기호는 각각 삼각형 및 십자선으로 표시된 퓨필 점 세트에 대응하지만 반드시 공간적으로 일관된 것은 아닌 퓨필 점 세트를 도시한다. 그러나 십자선은 플러스 기호와 마찬가지로 상호 공간적으로 일관성이 있으며, 십자선은 플러스 기호의 퓨필에서의 기하학적 변환이다. 따라서, 도 6c에서 축외 빔은 쌍 단위로만 일관성이 있다.

이 실시예에서, 축외 빔은 방향별로 개별적으로 고려된다[예: X 방향(330X) 및 Y 방향(330Y)]. 캡처된 X 방향 회절 순서를 생성하는 한 쌍의 빔(330X)은 서로 일관성만 있으면 된다[예를 들어, 한 쌍의 점(400X)은 한 쌍의 점(405X)과 마찬가지로 상호 일관성이 있음]. 마찬가지로 캡처된 Y 방향 회절 순서를 생성하는 한 쌍의 빔(330Y)은 서로 일관성만 있으면 된다[예를 들어, 한 쌍의 점(400Y)은 한 쌍의 점(405Y)과 마찬가지로 상호 일관성이 있음]. 그러나 점 400X와 400Y 쌍 사이 또는 점 405X와 405Y 쌍 사이에 일관성이 있을 필요는 없다. 따라서, 고려되는 각 측정 방향에 대응하는 축외 빔 쌍에 구성된 일관된 포인트 쌍이 있다. 이전과 마찬가지로, 측정 방향에 대응하는 각 빔 쌍에 대해 각 일관된 점 쌍은 다른 모든 일관된 점 쌍의 퓨필 내에서의 기하학적 변환이다.

오버필링 메트롤로지 기술은 메트롤로지 타겟이 오버필링(즉, 타겟이 측정 스팟보다 작은 경우)되는 경우 메트롤로지 타겟을 더 작게 만들 수 있어 공간을 절약하고 더 많은 메트롤로지 타겟을 수용하거나 제품 영역 또는 기타 전략적 위치 내에 메트롤로지 타겟을 배치할 수 있게 한다.

노광 후 측정(예: 오버레이 또는 초점 측정) 또는 노광 전 측정(예: 정렬)을 모두 포함하여 오버필링된 타겟에 대한 현재 회절 기반 측정은 수많은 기여 요인에 의한 크로스토크에 취약하다. 예를 들어 잔류 센서 또는 카메라 고스트 또는 아티팩트, 주변 피처(예: 제품 구조, 더미 구조 및/또는 기타 메트롤로지 타겟)의 정보 등이 이러한 원인으로 포함된다. 이 크로스토크는 측정 신호에 기여하여 오류를 유발한다(즉, 크로스토크 기여도는 관심 있는 파라미터와 관련이 없음).

도 7은 두 개의 X 방향 서브 타겟(STX+, STX-) 및 두 개의 Y 방향 서브 타겟 (STY+, STY-)으로 구성된 메트롤로지 타겟(예: 오버레이 타겟)의 측정과 관련하여 크로스토크 문제를 설명하는 구체적인 예를 도시한다. 이러한 타겟의 측정은 4개의 서브 타겟을 모두 동시에 측정하기에 충분히 큰 측정 스팟(MS)을 사용하여 수행될 수 있다. 그러나, 한 방향의 타겟[예: 두 개의 X 방향 서브 타겟(STX+, STX-)의 측정]과 관련된 측정 신호는 주변 구조물(SS)에서 산란된 방사선에 의해 영향을 받을 수 있다(예: 이로 인한 기여도를 포함함). 이 맥락에서 주변 구조물(SS)은 타겟 측정 중 배경 더미 패턴 및/또는 인접한 제품 구조를 포함할 수 있다. 이 맥락에서 주변 구조물(SS)에는 다른 오버레이 패드/서브 타겟 또는 정렬 마크[예: X 방향 타겟을 고려 중인 경우, 두 개의 Y 방향 서브 타겟(STY+, STY-)]와 같은 인접한 메트롤로지 기능도 포함될 수 있다. 이 크로스토크는 노광 전 측정(정렬)과 노광 후 측정(예: 오버레이, 초점 등) 모두에서 문제가 될 수 있다.

현재 대부분의 보정 단계는 더미/타겟 구조체가 없다고 가정한다. 그러나 실제로는 메트롤로지 타겟 주변에 강도 지형이 존재할 수 있으며, 이로 인해 검출기/카메라에서 비대칭 기여가 발생할 수 있다(오버필링 측정에서).

정렬의 맥락에서, 주변 구조물의 영향은 10μm x 10μm 마크(또는 더 일반적으로 기판 평면의 한 방향 또는 양방향에서 40μm, 30μm, 20μm 또는 15μm보다 작은 마크/타겟)와 같은 작은 정렬 타겟(또는 정렬 마크)에 웨이퍼 정렬을 수행할 때 가장 큰 문제들 중 하나로 간주된다. 예를 들어, 웨이퍼의 주변 구조물에서 나오는 방사선 중 일부는 에지(예: 메트롤로지 도구의 퓨필 스톱) 또는 광학기의 고주파 결함[예: 스크래치-디그(scratch-dig)]에서 산란된다. 이 방사선은 관심 영역에 도달하여 정렬 신호에 오류를 발생시킨다. 또한 주변 구조물은 예를 들어 연마 단계로 인해 마크의 공정 효과(예: 비대칭 및/또는 층 두께)에 영향을 미쳐 정렬 신호에 오류를 일으킬 수 있다. 이 두 가지 효과는 절대적인 정렬 정확도에 영향을 미칠 뿐만 아니라 웨이퍼 간 정확도 변화에도 영향을 미칠 것으로 예상된다.

본 명세서에서는 메트롤로지 신호에 대한 기여도를 보정하고 제거하여 크로스토크를 정량화하고 보정하는 방법을 제안한다. 이러한 보정은 측정에 대한 주변 신호 기여도의 결정에 기초할 수 있으며, 여기서 주변 신호 기여도는 관심 타겟 외부에서 발생하는 모든 메트롤로지 신호 기여도[예를 들어, 타겟의 메트롤로지 신호만 측정해야 하는 메트롤로지 센서로 불요 방사선(spurious radiation)을 다시 전파할 수 있는]을 설명할 수 있다. 이러한 맥락에서, 메트롤로지 신호는 실제 타겟 또는 그 서브 타겟(및/또는 타겟 내의 관심 영역)에서 산란되는 방사선을 포함할 수 있다.

제1 실시예는 실제 메트롤로지 신호에 영향을 미치는 주변 구조물로부터의 방사선의 양을 보정하는 단계를 포함한다. 주변 피처로부터의 이러한 부유 방사선(stray radiation)을 보정한 후, 수학적 보정을 결정하고 측정 신호에 적용하여 이러한 원치 않는 기여를 보정할 수 있다. 보정은 메트롤로지 도구를 사용하여 물리적 측정(보정 측정)을 통해 수행될 수 있으며, 이는 오프라인 측정(예: 제조 단계가 아닐 때)으로 구성될 수 있다. 일 예로, 보정은 메트롤로지 센서에 보이지 않도록 설계된 특수한 "비가시적 타겟"에 대한 보정 측정을 기반으로 수행될 수 있다. 비가시적 타겟 및 관련된 보정은 아래에 설명되어 있다.

다른 실시예에서, 그러한 보정은, 예를 들어, 타겟 및 주변 구조물에 대해 각각 스윙 곡선을 측정한 다음, 스윙 곡선을 비교하는 것을 포함할 수 있다. 스윙 곡선은 측정 파라미터 값(예를 들어, 강도, 강도 불균형, 위상, 스택 감도 또는 기타 관련 파라미터와 같은 관찰 가능한 파라미터)의 변화를 측정 파라미터 값을 얻기 위해 사용된 조명 조건과 함께 설명할 수 있다. 비교에는 통계적 방법(예: 주성분 분석, 독립 성분 분석 및/또는 특이값 분해 등과 같은 성분 분석)이 사용될 수 있다.

실시예에서, 상기 방법은 타겟의 스윙 곡선(예를 들어, 파장의 함수로서의 비대칭)과 주변 구조물의 스윙 곡선을 비교하는 것을 포함할 수 있다. 타겟과 주변 구조물의 파장 의존성이 현저하게 다른 경우(예: 구조의 차이로 인해), 알려진 통계 기법(PCA, ICA 등)을 사용하여 각각의 지문(fingerprint)을 얻기 위해 이를 분리할 수 있다. 이러한 통계적 기법을 기반으로 주변 구조물과 관련된 지문을 제거하여 주변 구조물의 영향을 제거할 수 있다.

보정 측정은 타겟 측정의 각 관심 영역(ROI)과 관련된 타겟 관찰 가능 파라미터 값을 포함하는 타겟 측정 데이터[예: 타겟과 관련된 하나 이상의 제1 ROI 및 주변(인접 타겟 또는 서브 타겟을 포함할 수 있는)과 관련된 하나 이상의 제2 ROI의 주변 관찰 가능 파라미터 데이터]를 포함할 수 있다. 또는, 측정은 타겟과 주변에서 개별적으로 수행될 수 있다. 또한 주변 구조물에 대한 관찰 가능한 파라미터는 타겟을 측정하는 데 사용된 도구와 다른 별도의 도구로 측정할 수 있다.

구체적인 예를 들어, 보정은 X 및 Y 방향(예: 기판 평면의 두 방향) 각각에 대해 하나 이상의 각각의 서브 타겟 또는 패드를 포함하는 일반적인 복합 타겟에 대한 측정의 보정을 위해 결정될 수 있다. 다른 방향에 대한 타겟의 기여도는 측정 중인 서브 타겟의 측정 신호에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, X 방향의 오버레이와 같은 파라미터를 결정하기 위해 X 타겟 서브 패드에서 신호를 얻을 수 있으며, 이 신호는 Y 서브 타겟의 신호 기여도로 구성될 수 있다. 스윙 커브의 비교는 X 타겟 신호에서 Y 타겟의 기여도를 결정하기 위해 X 타겟으로부터의 제1 스윙 커브와 Y 타겟으로부터의 제2 스윙 커브의 비교를 포함할 수 있다.

주변 신호 기여도는 적어도 부분적으로는 비대칭 센서로 인해 발생할 수도 있으며, 본 명세서에 개시된 방법 중 적어도 일부는 이러한 비대칭 센서 기여도를 보정할 수도 있다. 이러한 방법이 보정을 기반으로 하는 경우, 따라서 도구에 따라 달라질 수 있다.

실시예에서, 제안된 방법은, 주변 구조물에 대한 적절한 주변 관찰 가능 파라미터를 측정하는 단계(예: 마크의 오버필링으로 인해 카메라에 표시됨); 및 관찰 가능한 파라미터에 기반하여 제1 측정 데이터를 보정하는 단계로 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정값에 대한 보정은 관찰 가능 파라미터와 하나 이상의 상수 또는 계수의 곱으로 구성될 수 있다(또는 더 일반적으로, 보정된 측정값은 관찰 가능 파라미터의 함수일 수 있음). 예를 들어, 이러한 함수는 관찰 가능 파라미터를 주변 신호 기여도를 보정하는 보정값으로 변환할 수 있다. 이러한 방법은 예를 들어 보정 단계 또는 다른 방식으로 보정 관계(예: 함수 또는 계수)를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 정렬 맥락에서 구체적인 예를 들어, 정렬된 위치 APD_corrected는 APD_corrected = APD_measured + 상수 * 관찰 가능 파라미터로 계산할 수 있다.

이러한 접근 방식은 미국 공개공보 US2019/0094721 A1(본 명세서에 참조로서 포함됨)에 설명된 최적의 색상(및/또는 강도) 가중치(OCW) 접근 방식과 유사하다. 주요 차이점은 관찰 가능 파라미터가 다른 색상이나 강도 불균형(즉, 타겟 자체와 관련된)에서 정렬된 위치가 아니라 주변 구조물에서 측정된 것이라는 점이다.

주변 구조물에서 측정된 관찰 가능 항목은 예를 들어 다음 중 하나 이상의 항목에 대한 측정값이거나 이와 관련된 항목일 수 있다:

- 주변 구조물에 해당하는 카메라/검출기의 하나 이상의 관심 영역(ROI)에 대한 신호 강도 또는 (예를 들어, 평균) 강도;

- [예: 주변 구조물에 해당하는 카메라/검출기의 하나 이상의 관심 영역(ROI) 내의] 간섭 패턴의 진폭(예: 도 5에 설명된 것과 같이 최적화된 일관성 메트롤로지 도구의 피팅 알고리즘에 의해 결정되는 양);

- 정렬 위치[전술된 피팅 알고리즘에 의해 결정된 표준 양, 즉 본질적으로 +1차수와 -1차수(및/또는 그 이상) 사이의 위상차. 이는 주변 구조물에 해당하는 카메라/검출기의 하나 이상의 관심 영역(ROI)에서 프린지 위치로 직접 측정할 수 있음];

- 비대칭성(주변 구조물의 비대칭성과 마크/타겟의 격자 비대칭성이 상관관계가 있는 경우 주변 구조물의 비대칭성을 측정하는 것이 특히 중요할 수 있음). 비대칭은 도 4에 도시된 바와 같은 암시야 메트롤로지 장치의 표준 양이며, 표준 간섭 패턴과 병렬로 강도 불균형을 검출하는 검출 분기로 구성된 도 5와 같은 메트롤로지 장치로 측정할 수도 있다;

- 강도 불균형;

- 프린지 가시성(주변 구조물 격자가 비대칭일수록 프린지 가시성이 감소함);

- 상이한 색상에 대한 정렬 위치(또는 더 일반적으로 측정 값) 간의 차이. (다수의 색상에 대한 정렬 측정이 가능한 경우 격자 비대칭을 추론할 수 있음. 또한, 강도 불균형 측정을 사용할 수 없는 경우 강도 불균형을 대체할 수 있음.)

이러한 실시예에서, 중요한 고려 사항은 보정 상수가 결정되는 방법과 관련이 있다. 정렬 실시예는 예를 들어 보정 없이 웨이퍼 정렬을 수행하고, 웨이퍼를 노광하고, 보정 단계에서 노광된 웨이퍼에 대한 오버레이를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 오버레이 측정으로부터 웨이퍼 정렬 중에(즉, 제1 단계에서 얻은 정렬 데이터에) 보정(예: 대응하는 함수 또는 계수/상수)을 적용했다면 오버레이 성능을 개선했을(즉, 오버레이 오류를 최소화했을) 상수(및/또는 사용해야 하는 관찰 가능 파라미터)를 결정할 수 있도록 상수를 최적화하는 것이 가능하다. 이러한 방법은 현재 OCW 방법에서 가중치를 결정하는 데 사용되는 방법과 유사하다.

또 다른 실시예는 웨이퍼 제조 공정 동안 섀도 모드(shadow mode)를 사용하는 것으로 구성될 수 있으며, 이는 보정 상수 및/또는 관찰 가능한 파라미터를 업데이트하면 오버레이(오버레이와 같은 피드백 신호가 사용 가능하다는 가정 하에) 또는 노광 공정의 품질을 나타내는 다른 성능 파라미터가 개선되는지 여부를 지속적으로 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 주변 구조물에서 관찰 가능한 것과 필요한(예: 정렬 위치) 보정 사이의 관계를 이해하고/알고/모델링할 수 있다면 피드백 신호 없이도 이러한 접근 방식이 가능할 수도 있다. 이는 예를 들어 완전히 정확한 센서(및 스택) 모델을 기반으로 할 수 있지만, 이를 달성하기는 어렵다. 이를 완화하는 한 가지 방법은 주변 구조물에서 타겟/마크(관심 영역)로 산란되는 빛의 양을 측정하고 이것이 정렬 위치 또는 기타 관심 파라미터에 미치는 영향을 시뮬레이션/모델링하는 것일 수 있다.

설명된 다양한 실시예들에서, 복수의 상이한 관찰 가능 파라미터(및 상응하는 보정 상수)가 동시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이는 보정이 필요한 주변 구조물에서 여러 독립적인 공정 변화가 발생하는 경우 필요하거나 향상된 성능을 제공할 수 있다(측정/관찰 변수의 수가 적어도 보정할 변수의 수와 같아야 하므로).

본 명세서에서 설명된 방법은 타겟/마크 내의 위치당 측정 보정(예를 들어, 정렬된 위치 보정)을 제공할 수 있다. 이러한 실시예는 주변 구조물에 대한 위치에 따라 보정 계수에 가중치를 부과할 수 있다(예: 주변 구조물로부터 더 멀리 떨어져 있을수록 더 작은 보정 계수가 부과될 수 있음). 이는 도 5에 도시된 바와 같이 최적화된 일관성 도구 또는 타겟/마크 위치의 함수로서 측정값을 얻을 수 있는 기타 메트롤로지 도구(예: 마크 내 위치별 로컬 APD 또는 정렬 위치 측정)를 사용할 때 특히 유용할 수 있으므로, 예를 들어 로컬 마크 변형을 보정할 수 있다.

위에서 설명한 방법은 OC(I)W(최적 색상 및 강도 가중치)와 결합할 수 있다.

정렬과 관련하여 위에서 설명한 방법은 이미지 기반 도구(예: 도 5의 최적화된 일관성 이미지 기반 도구)를 사용한 측정과 관련하여 설명했지만, 이 방법은 작은 마크에 대한 측정을 위해 도 4에 표시된 것과 같은 보다 일반적인(예: SRI 기반) 정렬 센서에도 적용할 수 있다. 이러한 방법은 작은 마크를 완벽하게 언더필링하는 것이 불가능하다는 가정에 기반할 수 있다. 또는 추가로, 마크에 대해 의도적으로 더 긴 스캔 길이를 사용하여 주변 구조가 측정에 캡처되도록 할 수 있다(예: 유용한 정보가 있기 때문).

위의 설명에서는 선형 보정 모델을 적용하는 방법을 설명했지만, 고차 보정 모델을 사용할 수도 있다. 보정 모델은 신경망과 같은 머신 러닝 모델일 수도 있다(따라서 적절히 학습된 모델일 수 있음).

제2 방법은 메트롤로지 도구에 신호를 제공하지 않는(메트롤로지 도구에서 볼 수 없는) 특수 타겟을 사용하는데, 본 명세서에서는 비가시적 타겟이라고 한다. 이러한 타겟은 관찰 가능한 다른 파라미터로부터 주변 신호 기여도를 유추하는 대신 주변 신호 기여도를 직접 측정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 비가시적 타겟이 메트롤로지 타겟 근처에 위치할 수 있다(예: 관심 파라미터가 측정되고 있는 영역 내부). 실제 비가시적 타겟에 해당하는 카메라 이미지의 관심 영역은 신호가 없어야 하므로(예: 강도가 존재하지 않음), 해당 영역에서 감지된 모든 신호는 주변 신호 기여도로 간주될 수 있다. 일 실시예에서, 비가시적 타겟의 측정에서 직접 측정된 이 주변 신호 기여도는 메트롤로지 타겟의 메트롤로지 신호에서 간단하게 차감될 수 있다. 이는 잔여 보정 오류 또한 직접 보정한다.

예를 들어, 비가시적 타겟은 메트롤로지 도구로 캡처할 수 있는 전파 회절 순서를 생성하지 않는 주기를 갖는 격자로 구성될 수 있다. 0 차수만이 생성되거나, 적어도 수집 광학기까지만 전파된다. 따라서 이 타겟에서 나오는 방사선은 흡수되지 않고 조명 도구의 0차 차수로 반사되어 차단된다(예: 암시야 모드에서 도구를 사용하는 경우, 도 3 및 5의 메트롤로지 도구는 암시야 모드에서 작동 가능). "더 높은" 회절 차수는 소멸되므로, 수집 광학/검출기로 전파되지 않고 메트롤로지 도구에서 "볼" 수 없다. 이런 식으로, 더미 타겟은 비가시적이 된다. 대안적으로, 비가시적 타겟은 반사 영역 또는 메트롤로지 타겟에 보이지 않는 다른 것을 포함할 수 있다(예: 0 차수로만 전파되는 방사선을 산란/반사).

도 8은 도 7의 (예를 들어, 오버레이) 메트롤로지의 맥락에서 비가시적 타겟을 도시한다. 이러한 비가시적 타겟은 상술한 특성을 갖는 하나 이상의 비가시적 영역(NV)을 포함한다. 이러한 타겟이 측정될 때 비가시적 영역(NV)에 대응하는 영역에서 감지되는 모든 신호는 주변 구조물(SS)(및 가능하게는 임의의 센서 비대칭)에 기인한다. 따라서, 이 신호는 타겟 측정에서 차감될 수 있다.

비가시적 타겟은 대응하는 메트롤로지 타겟(예: 보정이 결정되어야 하는 메트롤로지 타겟)과 유사하거나 동일한 형태(예: 윤곽선/형상)로 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 타겟에 대한 주변 구조물의 구성을 가장 잘 나타낼 수 있다.

타겟 측정에 대한 주변 신호 기여도를 직접 측정하기 위해 설명된 바와 같이 제조 중에 비가시적 타겟을 측정할 수 있지만, 이러한 방식으로 타겟을 측정하는 것이 항상 바람직한 것은 아니다(예를 들어, 비가시적 타겟의 추가 측정과 관련된 스루풋 페널티가 있을 수 있음). 따라서, 다른 실시예는 보정 계수 또는 함수를 결정하기 위한 보정에서 비가시적 타겟만을 측정하고, 보정 계수 또는 함수를 주변 구조물의 측정(예를 들어, 관찰 가능 파라미터의 측정)에 적용하는 것을 포함한다(예를 들어, 제조 공정 중). 이러한 주변 구조물 측정은 타겟의 이미지와 동일한 이미지에서 결정될 수 있으므로 스루풋 저하가 발생하지 않는다. 물론 주변 구조물은 선택적으로 별도로 측정할 수도 있다.

측정된 배경 비대칭을 비가시적 타겟의 비대칭(또는 강도/위상)과 연결하는 함수를 결정하면 보정 후 비가시적 타겟을 측정할 필요가 없다. 이 함수는 비가시적 타겟을 사용하여 1회의 보정마다 한 번(예: 스택/조명 조건별) 결정할 수 있다. 이후에는 주변 구조물만 측정하고 결정된 관계를 사용해 측정값을 변환하여 실제 타겟 측정에서 주변 구조물의 기생 누설(parasitic leakage)로 인한 강도 및/또는 위상 기여도를 결정하면 된다. 이후, 이 기여도를 측정된 강도 및/또는 위상에서 차감하여 정확한 값을 얻을 수 있다(즉, 주변 신호 기여도/기생 누설 항이 없는 값). 이러한 방법은 보정 사이트와 측정 사이트 사이의 스택 차이(예: 웨이퍼의 상이한 배경)를 수용할 수 있다.

보정은 비가시적 타겟을 측정하고 각 공칭 스택과 사용될 각 레시피 설정에 대해 주변 신호 기여도를 결정(예: 1회)하는 것으로 구성될 수 있다. 각각의 경우, 주변 구조물의 관찰 가능한 하나 이상의 파라미터에 대한 대응하는 측정이 수행된다(예: 동일한 이미지 또는 기타로부터). 이후, 주변 신호 기여도와 하나 이상의 관찰 가능 파라미터 간의 관계를 결정할 수 있다(예: 노멀 스택/측정 레시피 조합 별). 간단한 예로, 주변 위치에 대응하는 ROI의 강도가 비가시적 타겟에 대응하는 ROI의 강도의 20배인 경우, 결정된 함수는 단순히 0.05의 계수/확대 계수일 수 있다. 이전과 마찬가지로 더 복잡하거나 높은 차수의 함수/모델을 결정할 수도 있다. 또는, 보정 단계에서 이 관계를 학습하도록 머신 러닝/신경망 모델을 훈련시킬 수도 있다. 이 보정 방식은 센서 내 광의 재분배가 스택에 독립적이라고 가정한다.

따라서, 본원에 개시된 기판은 메트롤로지 도구에 비가시적인 적어도 하나의 비가시적 타겟을 포함하는 기판이다. 비가시적 타겟은 메트롤로지 도구에 의해 포착될 수 있는 전파 회절 차수를 생성하지 않는 주기를 갖는다. 또한 리소그래피 공정에서 노광될 때 이러한 기판을 형성하도록 구성된 레티클 피처를 포함하는 레티클이 개시된다.

비가시적 타겟을 사용하는 대신, 측정 스팟 내에 타겟 구조체로만 구성된(따라서 주변 구조물의 영향을 받지 않는) 언더필링 측정값으로 오버필링 측정값을 보정하여 주변 구조의 영향을 정량화할 수 있다. 이러한 방법은 다음 단계로 구성될 수 있다:

- 언더필링된 스팟을 사용하여 타겟을 측정하는 단계.

- 오버필링된 스팟을 사용하여 동일한 타겟을 측정하는 단계.

- 언더필링된 측정값과 오버필링된 측정값의 차이를 계산하는 단계(상기 차이는 오버필링된 측정값에 대한 주변 환경의 영향을 측정할 수 있음).

- 상기 차이를 주변 구조물의 측정값(강도/비대칭)과 연관시키는 단계(예: 전술된 비가시적 타겟과 관련된 보정 방법과 유사하게).

- 배경(주변 구조물)을 측정하고 이전 단계에서 결정한 기능적 동작에서 추론한 관계를 적용하여 향후 측정에서 비대칭 영향을 보정하는 단계.

추가적인 실시예에서, 추가적인 보정 방법은 도 7의 4개 패드 배열 중 단일 패드에서 반사된 광의 강도를 측정하는 것으로 구성된다. 이러한 측정은 패드의 물리적 경계 외부에서 사용할 수 있는 광 강도의 양에 대한 정보를 제공한다. 보정은 주변 패드가 있는 패드에서 실제 측정된 강도에서 스케일링된 강도를 추가로 차감한다. 다른 실시예에서, 검출 카메라의 각 픽셀에서 얻은 복수의 강도 값, 즉 타겟 배열의 측정된 이미지를 형성하는 픽셀은 비대칭이 선형 동작을 따르는지를 분석하여 품질이 평가된다. 비선형 동작 픽셀은 구분되어 제외되거나 라벨링된다. 또한, 판별된 픽셀의 측정된 강도 값은 예를 들어 크로스토크 효과에 대해 판별되지 않은 픽셀의 측정된 값을 보정하기 위해 차감하는 등의 방법으로 사용된다.

본 명세서에 설명된 방법은 오버필링된 타겟에 대한 모든 형태의 메트롤로지에 적용될 수 있다. 따라서, 이러한 타겟은 더욱 작게 제조될 수 있다. 예를 들어, 타겟은 기판 평면의 일 방향 또는 양 방향에서 40μm, 30μm, 20μm, 15μm 또는 10μm보다 작을 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외선(UV) 방사선(예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126nm 이하의 파장) 및 극자외선(EUV) 방사선(예를 들어, 5-20nm 범위의 파장)과 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함한 모든 유형의 전자기 방사선을 포괄한다.

문맥상 "렌즈"라는 용어는 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소를 포함한 다양한 유형의 광학 구성요소 중 하나 또는 그 조합을 지칭할 수 있다.

타겟이라는 용어는 메트롤로지라는 특정 목적을 위해 만들어진 전용 타겟만을 의미하는 것으로 해석해서는 안 된다. 타겟이라는 용어는 메트롤로지 응용 분야에 적합한 특성을 가진 제품 구조를 포함한 다른 구조를 포함하는 것으로 이해해야 한다. 타겟이라는 용어는 정렬에 사용되는 타겟을 포함하며, 일반적으로 정렬 마크 또는 마크라고 한다. 이러한 정렬 타겟 또는 마크는 정렬에 사용하기에 적합한 실제 제품 구조 또는 전용 정렬 타겟으로 구성될 수도 있다.

본 발명의 추가적인 실시예는 아래의 번호가 매겨진 항에 설명되어 있다:

1. 메트롤로지 방법으로서,

측정되는 적어도 하나의 타겟에 기인하지 않는 메트롤로지 신호에 대한 기여도를 포함하는, 상기 메트롤로지 신호에 대한 주변 신호 기여도에 관한 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터를 측정하는 단계;

상기 주변 관찰 가능 파라미터로부터 보정을 결정하는 단계;

상기 타겟 중 하나보다 큰 하나 이상의 타겟 상에 측정 스팟을 형성하는 측정 방사선을 사용하여 상기 하나 이상의 타겟의 측정과 관련된 제1 측정 데이터를 획득하는 단계; 및

상기 보정을 상기 제1 측정 데이터에 적용하는 단계를 포함하는, 방법.

2. 제 1 항에 있어서, 상기 주변 신호 기여도는 상기 타겟을 측정할 때 상기 측정 스팟에서 포착된 주변 구조물에서 기인할 수 있는 기여도를 포함하는, 방법.

3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터는:

상기 주변 구조물에 대응하는 신호 강도 또는 강도 메트릭(intensity metric);

상기 주변 구조물에 대응하는 간섭 패턴의 진폭;

상기 주변 구조물에 대응하는 정렬된 위치 및/또는 프린지(fringe) 위치;

상기 주변 구조물에 대응하는 비대칭성;

상기 주변 구조물에 대응하는 강도 불균형(intensity imbalance);

상기 주변 구조물에 대응하는 프린지 가시성; 및

상기 주변 구조물에 대응하는 서로 다른 색상에 대한 정렬된 위치 간의 차이 중 하나 이상을 포함하는, 방법.

4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터를 측정하고 보정을 결정하는 단계는 초기 보정 단계에서 수행되고,

상기 보정 단계는:

상기 보정 단계에서 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터와 상기 주변 신호 기여도 사이의 적어도 하나의 보정 관계로서 상기 보정을 결정하는 것을 더 포함하는, 방법.

5. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 보정 관계를 결정하는 단계는 복수의 상이한 공칭 스택(nominal stack) 각각에 대한 보정 관계 및/또는 상기 측정 방사선의 조명 조건을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.

6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 보정 타겟 데이터 및 대응하는 보정 주변 관찰 파라미터 데이터를 포함하는 보정 측정 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 방법.

7. 제 6 항에 있어서, 상기 보정 타겟 데이터는 비가시적 타겟을 측정하는 메트롤로지 도구에 보이지 않는 비가시적 타겟에 관한 것인, 방법.

8. 제 7 항에 있어서, 상기 비가시적 타겟은 메트롤로지 도구에 의해 캡처될 수 있는 전파 회절 차수를 생성하지 않는 주기를 갖는, 방법.

9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 보정 타겟 데이터는 상기 비가시적 타겟의 측정 이미지 내에서 상기 비가시적 타겟에 대응하는 관심 타겟 영역에 대한 메트롤로지 신호 값을 설명하고,

상기 적어도 하나의 보정 관계를 결정하는 단계는, 상기 보정 타겟 데이터와 상기 관찰 가능한 파라미터 데이터를 둘러싼 보정 사이의 적어도 하나의 보정 관계를 결정하는 것을 포함하는, 방법.

10. 제 9 항에 있어서, 상기 측정 이미지 내의 주변 관심 영역으로부터 상기 보정 주변 관찰 가능 파라미터 데이터를 획득하여, 각각의 이미지로부터 상응하는 보정 주변 관찰 가능한 파라미터 데이터 및 보정 타겟 데이터 세트를 획득하는, 방법.

11. 제 6 항에 있어서, 상기 보정 타겟 데이터는 타겟 스윙 커브 데이터를 포함하고, 상기 보정 주변 관찰 가능 파라미터 데이터는 주변 스윙 커브 데이터를 포함하며, 상기 적어도 하나의 보정 관계를 결정하는 단계는 상기 타겟 스윙 커브 데이터와 상기 주변 스윙 커브 데이터를 비교하는 것을 포함하는, 방법.

12. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 측정 데이터는 정렬 데이터를 포함하고, 상기 적어도 하나의 보정 관계를 결정하는 단계는:

정렬 데이터를 얻기 위해 하나 이상의 기판에 대해 보정 없이 정렬 측정을 수행하는 것;

기판을 노광하고 노광된 기판에서 오버레이를 측정하여 오버레이 데이터를 얻는 것; 및

상기 정렬 데이터에 적용되었다면 상기 오버레이 데이터와 관련하여 오버레이 성능을 개선했을 대응하는 보정이 적용되도록 상기 적어도 하나의 보정 관계를 최적화하는 것을 더 포함하는, 방법.

13. 제 12 항에 있어서, 상기 최적화는 적어도 초기에 상기 보정 단계에서 수행되는, 방법.

14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 최적화는 기판 제조 공정 동안 섀도 모드에서 수행되며, 상기 관계 업데이트가 상기 오버레이 성능을 개선할 수 있는지 여부를 지속적으로 모니터링하는, 방법.

15. 제 6 항에 있어서, 상기 보정 타겟 데이터는 오버필링 모드에서 측정된 하나 이상의 보정 타겟과 관련된 제1 보정 타겟 데이터 및 언더필링 모드에서 측정된 상기 하나 이상의 보정 타겟과 관련된 제2 보정 타겟 데이터를 포함하며, 상기 방법은:

상기 제1 보정 타겟 데이터와 제2 보정 타겟 데이터 사이의 차이를 결정하는 단계를 포함하고,

상기 적어도 하나의 보정 관계를 결정하는 단계는, 상기 차이와 상기 보정 주변 관찰 가능 파라미터 사이의 적어도 하나의 보정 관계를 결정하는 것을 포함하는, 방법.

16. 제 4 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 측정 데이터는 상기 하나 이상의 타겟과 관련된 타겟 측정 데이터 및 상기 하나 이상의 타겟 근처에 있는 주변 구조물과 관련된 대응하는 주변 관찰 가능 파라미터 데이터를 포함하는, 방법.

17. 제 16 항에 있어서, 상기 주변 구조물의 적어도 일부가 상기 제1 측정 데이터를 얻기 위해 사용되는 측정 스팟 내에서 캡처되는, 방법.

18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 보정을 적용하는 단계는, 상기 주변 관찰 가능 파라미터 데이터에 상기 보정 관계를 적용하여 보정 오프셋을 결정하는 단계; 및

상기 보정 오프셋을 상기 측정 데이터 내의 대응하는 타겟 측정 데이터에 적용하는 단계를 포함하는, 방법.

19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 측정 데이터 및 상기 주변 관찰 가능 파라미터 데이터의 대응하는 세트가 각 타겟 또는 그 그룹의 각각의 측정 이미지로부터 결정되고, 상기 타겟 측정 데이터는 상기 측정 이미지 내의 하나 이상의 타겟 관심 영역과 관련되고, 상기 주변 관찰 가능 파라미터 데이터는 상기 측정 이미지 내의 하나 이상의 주변 관심 영역과 관련되는, 방법.

20. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 측정 데이터의 제1 서브세트는 하나 이상의 메트롤로지 타겟에 관련되고, 상기 제1 측정 데이터의 제2 서브세트는 비가시적 타겟을 측정하는 메트롤로지 툴에 대해 비가시적인, 하나 이상의 비가시적 타겟에 관련되며,

상기 보정은 상기 비가시적 타겟의 측정 이미지 내에서 상기 비가시적 타겟에 대응하는 관심 비가시적 타겟 영역에 대한 메트롤로지 신호 값으로부터 결정되는, 방법.

21. 제 20 항에 있어서, 상기 비가시적 타겟은 메트롤로지 도구에 의해 포착될 수 있는 전파 회절 차수를 생성하지 않는 주기를 갖는, 방법.

22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 측정 데이터는:

노광 후(post-exposure) 측정; 및

노광 전(pre-exposure) 측정 또는 정렬 측정 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 방법.

23. 제 22 항에 있어서, 상기 노광 후 측정은 오버레이 측정 및 초점 측정 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 방법.

24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 타겟은 기판 평면의 한 방향 또는 양 방향에서 15μm 미만인, 방법.

25. 적절한 프로세서 제어 장치에서 실행될 때 상기 프로세서 제어 장치로 하여금 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 하는, 프로세서 판독 가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램.

26. 제 25 항의 컴퓨터 프로그램을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 캐리어.

27. 메트롤로지 장치로서,

상기 하나 이상의 타겟을 포함하는 기판용 지지체;

각각의 타겟을 측정하는 광학기;

프로세서; 및

상기 프로세서가 상기 메트롤로지 장치로 하여금 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 제어할 수 있는 제 11 항의 상기 컴퓨터 프로그램 캐리어를 포함하는, 메트롤로지 장치.

28. 리소그래피 장치로서,

방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템;

상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하여 패터닝된 방사선 빔을 형성할 수 있는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 패터닝 디바이스 지지체;

기판을 홀딩하도록 구성된 기판 테이블;

상기 패터닝된 방사선 빔을 상기 기판의 타겟부 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및

제 27 항에 따른 적어도 하나의 메트롤로지 장치를 포함하는, 리소그래피 장치.

29. 제 28 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메트롤로지 장치는, 상기 패터닝 디바이스 지지체 및 상기 기판 테이블 중 하나 또는 둘 모두의 위치 설정을 위한 위치 메트롤로지를 수행하기 위한 노광 전 메트롤로지를 수행하도록 작동 가능한 정렬 장치를 포함하는, 리소그래피 장치.

30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메트롤로지 장치는 상기 리소그래피 장치를 사용하여 구조체로 노광된 기판 상에서 노광 후 측정을 수행하기 위한 노광 후 메트롤로지 장치를 포함하는, 리소그래피 장치.

전술한 특정 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 일반적 성질을 충분히 드러내어, 당업자가 본 발명의 일반적 개념에서 벗어나지 않고 과도한 실험 없이, 본 발명의 당업 기술 내의 지식을 적용함으로써, 그러한 특정 실시예들을 다양한 응용 분야에 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있도록 한다. 따라서, 그러한 적응 및 수정은 본 명세서의 교시 및 지침에 기반하여 개시된 실시예의 균등물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 문구 또는 용어는 예시적인 설명의 목적이며, 본 명세서의 용어 또는 문구가 당업자에 의해 교시 및 지침에 비추어 해석되어야 하는 제한의 목적이 아니라는 것을 이해해야 한다.

본 발명의 폭과 범위는 전술한 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구범위 및 그 균등 범위에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (15)

1. 메트롤로지 방법으로서,
   측정되는 적어도 하나의 타겟에 기인하지 않는 메트롤로지 신호에 대한 기여도를 포함하는, 상기 메트롤로지 신호에 대한 주변 신호 기여도에 관한 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터를 측정하는 단계;
   상기 주변 관찰 가능 파라미터로부터 보정을 결정하는 단계;
   상기 적어도 하나의 타겟 중 하나보다 큰 하나 이상의 타겟 상에 측정 스팟을 형성하는 측정 방사선을 사용하여 상기 하나 이상의 타겟의 측정과 관련된 제1 측정 데이터를 획득하는 단계; 및
   상기 보정을 상기 제1 측정 데이터에 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 주변 신호 기여도는 상기 타겟을 측정할 때 상기 측정 스팟에서 캡처된 주변 구조물에서 기인할 수 있는 기여도를 포함하는, 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터는:
   상기 주변 구조물에 대응하는 신호 강도 또는 강도 메트릭(intensity metric);
   상기 주변 구조물에 대응하는 간섭 패턴의 진폭;
   상기 주변 구조물에 대응하는 정렬된 위치 및/또는 프린지(fringe) 위치;
   상기 주변 구조물에 대응하는 비대칭성;
   상기 주변 구조물에 대응하는 강도 불균형(intensity imbalance);
   상기 주변 구조물에 대응하는 프린지 가시성; 및
   상기 주변 구조물에 대응하는 상이한 색상에 대한 정렬된 위치 간의 차이 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터를 측정하고 보정을 결정하는 단계는 초기 보정 단계에서 수행되고,
   상기 보정 단계는:
   상기 보정 단계에서 적어도 하나의 주변 관찰 가능 파라미터와 상기 주변 신호 기여도 사이의 적어도 하나의 보정 관계로서 상기 보정을 결정하는 것을 더 포함하는, 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 보정 관계를 결정하는 단계는 복수의 상이한 공칭 스택(nominal stack) 각각에 대한 보정 관계 및/또는 상기 측정 방사선의 조명 조건을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   보정 타겟 데이터 및 대응하는 보정 주변 관찰 가능 파라미터 데이터를 포함하는 보정 측정 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 측정 데이터는 상기 하나 이상의 타겟에 관한 타겟 측정 데이터 및 상기 하나 이상의 타겟에 인접한 주변 구조물에 관한 대응하는 주변 관찰 가능 파라미터 데이터를 포함하는, 방법.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 측정 데이터의 제1 서브세트는 하나 이상의 메트롤로지 타겟에 관련되고, 상기 제1 측정 데이터의 제2 서브세트는 비가시적 타겟을 측정하는 메트롤로지 툴에 대해 비가시적인, 하나 이상의 비가시적 타겟에 관련되며,
   상기 보정은 상기 비가시적 타겟의 측정 이미지 내의 상기 비가시적 타겟에 대응하는 관심 비가시적 타겟 영역에 대한 메트롤로지 신호 값으로부터 결정되는, 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 측정 데이터는:
   노광 후(post-exposure) 측정; 및
   노광 전(pre-exposure) 측정 또는 정렬 측정 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는, 방법.
10. 적절한 프로세서 제어 장치에서 실행될 때 상기 프로세서 제어 장치로 하여금 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 하는,
    프로세서 판독 가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
11. 제 10 항의 컴퓨터 프로그램을 포함하는,
    컴퓨터 프로그램 캐리어.
12. 메트롤로지 장치로서,
    상기 하나 이상의 타겟을 포함하는 기판용 지지체;
    각각의 타겟을 측정하는 광학 시스템;
    프로세서; 및
    상기 프로세서가 상기 메트롤로지 장치로 하여금 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 제어할 수 있는 제 11 항의 상기 컴퓨터 프로그램 캐리어를 포함하는,
    메트롤로지 장치.
13. 리소그래피 장치로서,
    방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템;
    상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하여 패터닝된 방사선 빔을 형성할 수 있는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 패터닝 디바이스 지지체;
    기판을 홀딩하도록 구성된 기판 테이블;
    상기 패터닝된 방사선 빔을 상기 기판의 타겟부 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및
    제 12 항에 따른 적어도 하나의 메트롤로지 장치를 포함하는,
    리소그래피 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 메트롤로지 장치는, 상기 패터닝 디바이스 지지체 및 상기 기판 테이블 중 하나 또는 둘 모두의 위치 설정을 위한 위치 메트롤로지를 수행하기 위한 노광 전 메트롤로지를 수행하도록 작동 가능한 정렬 장치를 포함하는,
    리소그래피 장치.
15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 메트롤로지 장치는 상기 리소그래피 장치를 사용하여 구조체로 노광된 기판 상에서 노광 후 측정을 수행하기 위한 노광 후 메트롤로지 장치를 포함하는,
    리소그래피 장치.