KR20230164655A - 오버레이 계측의 성능 향상 - Google Patents

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KR20230164655A
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앤드류 브이. 힐
요나탄 바크닌
요시 시몬
다리아 네그리
블라디미르 레빈스키
유리 파스코버
안나 골로츠반
나크숀 로트만
니릭샨 케이. 레디
다비드 니르 벤
아비 아브라모브
드로르 야코브
요람 우지엘
나다브 구트만
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케이엘에이 코포레이션
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Abstract

계측을 위한 방법은 적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 제1의 패터닝된 층 및 제2의 패터닝된 층이 위에 연속적으로 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하는 단계를 포함하고, 반도체 웨이퍼는 제1의 패터닝된 층 내의 제1 타겟 피처(target feature) 및 제1 타겟 피처 상에 오버레이된, 제2의 패터닝된 층 내의 제2 타겟 피처를 포함한다. 제1 타겟 피처 및 제2 타겟 피처의 이미지의 시퀀스가 시퀀스에 걸쳐 하나 이상의 이미징 파라미터를 변경하면서 캡처(capture)된다. 시퀀스 내의 이미지는 이미지에서 제1 타겟 피처 및 제2 타겟 피처의 각각의 대칭 중심을 식별하고, 변화하는 이미징 파라미터의 함수로서 대칭 중심에서의 변화를 측정하기 위해 프로세싱된다. 측정된 변화는 제1의 패터닝된 층과 제2의 패터닝된 층 사이의 오버레이 오차를 측정할 시에 적용된다.

Description

오버레이 계측의 성능 향상
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스의 제조, 특히 반도체 회로 계측을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 회로는 일반적으로 포토리소그래피 방법을 사용하여 제조된다. 포토리소그래피에서 감광성 중합체(포토레지스트)의 얇은 층이 반도체 웨이퍼 위에 퇴적되고 광학 또는 기타 방사선을 사용하여 패터닝되어 웨이퍼의 일부가 포토레지스트로 덮여 있다. 패터닝 후에, 웨이퍼는 에칭 및 이온 충격과 같은 방법에 의해 개질(modify)되어 재료 특성 또는 웨이퍼의 지형(topography)을 변경하는 반면 포토레지스트로 덮힌 웨이퍼의 부분은 영향을 받지 않는다.
반도체 회로 계측은 일반적으로 패터닝된 피처의 지형 및 위치와 같은 패터닝된 포토레지스트의 특성을 측정하는 데 사용된다. 포토리소그래피 프로세스의 높은 수율을 보장하려면 이전 프로세스 층과 관련하여 포토레지스트의 패터닝된 피처의 정확한 위치가 중요하다. 하부 프로세스 층에 대한 패턴 포토레지스트의 임의의 정합 오차(오정합)를 "오버레이 오차"라고 한다. 예를 들어, 최소 선폭이 10 nm 내지 14 nm(소위 10 nm 설계 규칙)인 일반적인 반도체 회로에서 최대 허용 가능한 오버레이 오차는 2 nm 내지 3 nm이다. 최첨단 반도체 회로에서 선폭은 5 nm로 줄어들고 있으며 동시에 최대 허용 오버레이 오차도 감소하고 있다.
오버레이 오차는, 가시광선 및 근적외선 파장의 광학 방사선이 포토레지스트 아래의 유전체 층뿐만 아니라 포토레지스트 층을 통과할 수 있기 때문에 일반적으로 광학 오버레이 계측 도구를 사용하여 측정된다. KLA Corporation(미국 캘리포니아주 밀피타스)의 ArcherTM 시리즈 도구와 같은 광학 오버레이 계측 도구는 반도체 웨이퍼의 스크라이브 라인에 위치된 프록시 타겟(예컨대, KLA에 의한 AIMTM 오버레이 타겟)을 이미징한다. 프로세스 층의 타겟 피처 세트의 대칭 중심(center of symmetry; CoS)과 패터닝된 포토레지스트 층의 대응 타겟 피처의 CoS를 찾기 위해 획득된 이미지에 이미지 분석 알고리즘이 적용된다. 오버레이 오차는 두 층의 타겟 피처의 대칭 중심들 사이의 거리로서 계산된다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 청구범위에서 사용되는 용어 "광선", "광학 방사선", "광", "방사선 빔"은 일반적으로 가시광선, 적외선 및 자외선의 임의의 그리고 모든 것을 지칭한다.
아래에서 설명되는 본 발명의 실시예는 반도체 회로 계측을 위한 개선된 장치 및 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따라 계측을 위한 방법이 제공되고, 계측 방법은 적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 제1의 패터닝된 층 및 제2의 패터닝된 층이 위에 연속적으로 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하는 단계를 포함하고, 반도체 웨이퍼는 제1의 패터닝된 층 내의 제1 타겟 피처(target feature) 및 제1 타겟 피처 상에 오버레이된, 제2의 패터닝된 층 내의 제2 타겟 피처를 포함한다. 제1 타겟 피처 및 제2 타겟 피처의 이미지의 시퀀스가 시퀀스에 걸쳐 하나 이상의 이미징 파라미터를 변경하면서 캡처(capture)된다. 시퀀스 내의 이미지는 이미지에서 제1 타겟 피처 및 제2 타겟 피처의 각각의 대칭 중심을 식별하고, 변화하는 이미징 파라미터의 함수로서 대칭 중심에서의 변화를 측정하기 위해 프로세싱된다. 측정된 변화는 제1의 패터닝된 층과 제2의 패터닝된 층 사이의 오버레이 오차를 측정할 시에 적용된다.
개시된 실시예에서, 제1의 패터닝된 층은 프로세스 층을 포함하고, 제2의 패터닝된 층은 프로세스 층 위에 퇴적된 레지스트 층을 포함한다.
일부 실시예에서, 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 상호 정합(mutual registration)인 제1 카메라 및 제2 카메라를 사용하여 타겟 피처의 제1 이미지 및 제2 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 이미지를 프로세싱하는 단계는 제1 이미지와 제2 이미지를 비교함으로써 대칭 중심에서의 변화를 측정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 이미지 및 제2 이미지를 캡처하는 단계는 제1 카메라 및 제2 카메라를 향해 정합 이미지를 투사하고, 정합 이미지에 대해 제1 카메라와 제2 카메라를 정합하는 단계를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 정합 이미지를 투사하는 단계는 격자 패턴을 생성하고 타겟 피처의 이미지와 함께 제1 카메라 및 제2 카메라 내의 각각의 검출기 어레이 상에 투사하는 단계를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 제1 이미지 및 제2 이미지를 캡처하는 단계는 이미징 파라미터 중 하나 이상을 제1 이미지에서의 제1 설정으로 그리고 제2 이미지에서의 제2 설정으로 설정하는 단계를 포함한다. 개시된 실시예에서, 이미징 파라미터 중 하나 이상을 설정하는 단계는, 제1 카메라 및 제2 카메라를 상이한 각각의 제1 초점 위치 및 제2 초점 위치로 설정하고, 제1 초점 위치 및 제2 초점 위치의 함수로서 대칭 중심의 변화를 측정하기 위해 제1 카메라 및 제2 카메라를 제1 초점 위치 및 제2 초점 위치의 각각의 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 통해 스텝핑(stepping)하는 단계를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제1 초점 위치와 제2 초점 위치는 일정한 초점 거리 ΔZ만큼 분리되고, 제1 시퀀스와 제2 시퀀스의 각 단계에서 제1 초점 위치와 제2 초점 위치는 둘 다 ΔZ만큼 증가된다.
부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 조명 빔은 상이한 각각의 제1 편광 상태 및 제2 편광 상태에 있는 제1 조명 빔 및 제2 조명 빔을 포함하고, 제1 이미지 및 제2 이미지를 캡처하는 단계는 편광 빔스플리터를 적용하여 제1 편광 상태에 있는 웨이퍼로부터 반사된 광을 제1 카메라를 향해 그리고 제2 편광 상태에 있는 웨이퍼로부터 반사된 광을 제2 카메라를 향해 지향시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 상이한 초점 설정에서 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 이미지를 프로세싱하는 단계는 초점 설정의 함수로서 대칭 중심에서의 변화를 측정하는 단계를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 다수의 상이한 파장에서 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 이미지를 프로세싱하는 단계는 파장의 함수로서 대칭 중심에서의 변화를 측정하는 단계를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 2개 이상의 상이한 편광 상태에서 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 이미지를 프로세싱하는 단계는 편광 상태의 함수로서 대칭 중심에서의 변화를 측정하는 단계를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 적어도 하나의 조명 빔의 적어도 하나의 애퍼처의 다수의 상이한 오프셋에서 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 이미지를 프로세싱하는 단계는 애퍼처의 오프셋의 함수로 대칭 중심에서의 변화를 측정하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 카메라에 대해 반도체 웨이퍼의 상이한 각도 배향에서 카메라를 사용하여 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 이미지를 프로세싱하는 단계는 각도 배향의 함수로서 대칭 중심의 도구로 인한 시프트(tool-induced tool-induced shift)를 측정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 측정된 변화를 적용하는 단계는 측정된 변화에 응답하여, 하나 이상의 이미징 파라미터의 최적 범위를 찾고, 하나 이상의 이미징 파라미터를 최적 범위 내의 값으로 설정함으로써 오버레이 오차를 측정하기 위한 레시피를 생성하는 단계를 포함한다. 개시된 실시예에서, 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 반도체 웨이퍼 상의 다수의 상이한 위치에서 다수의 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 최적의 범위를 찾는 단계는 반도체 웨이퍼의 영역에 걸쳐 최적인 범위를 선택하기 위해 다수의 상이한 위치에서 측정된 변화를 적용하는 단계를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 이미지를 프로세싱하는 단계는 타겟 피처 중 적어도 하나의 비대칭을 측정하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라, 계측을 위한 방법이 또한 제공되고, 이 방법은 적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 하나의 패터닝된 층이 위에 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하는 단계를 포함하고, 반도체 웨이퍼는 미리 정의된 축에 평행하게 배향된 다수의 바(bar)를 포함하는 격자를 포함한다. 격자의 하나 이상의 이미지는 축에 관한 하나 이상의 바의 비대칭을 특성화하기 위해 캡처되고 프로세싱된다. 특성화된 비대칭은 패터닝된 층의 계측적 평가를 할 시에 적용된다.
개시된 실시예에서, 하나 이상의 이미지를 캡처하는 단계는 상이한 초점 설정에서 격자의 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 이미지를 프로세싱하는 단계는 초점 설정의 함수로서 이미지 내의 격자의 대칭 중심에서의 변화를 측정하고, 측정된 변화에 기초하여 비대칭을 특성화하는 단계를 포함한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 이미지를 프로세싱하는 단계는 바들 중 하나 이상의 이미지와 이미지의 반사된 버전 사이의 상관관계를 계산하고, 상관관계로부터 비대칭의 측정치를 도출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라 광학 검사 장치가 부가적으로 제공되고, 이 장치는, 적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 제1의 패터닝된 층 및 제2의 패터닝된 층이 위에 연속적으로 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하도록 구성된 조명 조립체를 포함하고, 반도체 웨이퍼는 제1의 패터닝된 층 내의 제1 타겟 피처 및 제1 타겟 피처 상에 오버레이된, 제2의 패터닝된 층 내의 제2 타겟 피처를 포함한다. 이미징 조립체는 제1 타겟 피처 및 제2 타겟 피처의 이미지의 시퀀스를 캡처하도록 구성된다. 제어기는, 시퀀스에 걸쳐 장치의 하나 이상의 이미징 파라미터를 변화시키고, 이미지에서 제1 타겟 피처 및 제2 타겟 피처의 각각의 대칭 중심을 식별하고 변화하는 이미징 파라미터의 함수로서 대칭 중심에서의 변화를 측정하기 위해 시퀀스 내의 이미지를 프로세싱하며, 측정된 변화를 제1의 패터닝된 층과 제2의 패터닝된 층 사이의 오버레이 오차를 측정할 시에 적용하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따라 광학 검사 장치가 추가로 제공되고, 이 장치는 적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 하나의 패터닝된 층이 위에 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하도록 구성된 조명 조립체를 포함하고, 반도체 웨이퍼는 미리 정의된 축에 평행하게 배향된 다수의 바를 포함하는 격자를 포함한다. 이미징 조립체는 격자의 하나 이상의 이미지를 캡처하도록 구성된다. 제어기는 축에 관한 바 중 하나 이상의 비대칭을 특성화하고 특성화된 비대칭을 패터닝된 층의 계측적 평가를 할 시에 적용하기 위해 하나 이상의 이미지를 프로세싱하도록 구성된다.
본 발명은 도면과 함께 취해지는, 그 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 반도체 웨이퍼 상의 패터닝된 박막 층의 광학 특성을 측정하기 위한 광학 검사 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 검사 장치에 사용되는 격자 투사기(grating projector)의 개략적인 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학 검사 장치에서 카메라에 의해 획득된 이미지의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 오버레이 계측 프록시 타겟의 프로세스 층 피처 및 레지스트 층 피처의 CoS의 변화를 측정하기 위한 프로세스를 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 도 4의 프로세스에서 2개의 카메라 사이의 초점 분리를 개략적으로 도시하는 플롯(plot)이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 조명의 파장에 대한 오버레이 계측 프록시 타겟의 피처의 CoS의 변화를 측정하기 위한 프로세스를 개략적으로 예시한 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따라, 초점 설정 및 파장에 걸쳐 CoS의 랜드스케이프(landscape) 및 감도를 생성 및 평가하기 위한 프로세스를 개략적으로 예시하는 흐름도이다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 실시예에 따른, 레지스트 층 및 프로세스 층에 대한 CoS(CoS_TIS)의 도구로 인한 시프트 및 보정된 CoS(CoS_COR)의 랜드스케이프의 개략도이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 실시예에 따른 레지스트 층 및 프로세스 층에 대한 정밀도 랜드스케이프의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 애퍼처 오프셋의 함수로서 CoS_TIS의 변화를 개략적으로 예시하는 플롯이다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따라 광학 검사 장치에서 카메라에 의해 획득되는 프록시 타겟의 이미지의 개략도이다.
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른, 도 9a의 프록시 타겟에서 격자 바의 개략적 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 오버레이 프록시 타겟에서 피처의 비대칭을 모니터링하기 위한 이미지 신호의 상관관계의 사용을 개략적으로 예시하는 플롯의 시퀀스이다.
개요
오버레이 계측을 위한 프록시 타겟은 일반적으로 반도체 웨이퍼 상의 연속 패터닝된 층들 사이의 오버레이를 정밀하게 측정하는 데 사용된다. 이들 층은 예를 들어, 프로세스 층 및 레지스트 층을 포함할 수 있거나, 에칭 후 적용에서 2개의 프로세스 층을 포함할 수 있다. (따라서, 프로세스 층 및 레지스트 층을 참조하여 예시적인 실시예가 아래에서 설명되지만, 이들 실시예들의 원리는 제1 프로세스 층 및 제2 프로세스 층에 준용될 수 있다.)
그러나 프록시 타겟의 피처(레지스트 층 타겟 피처과 프로세스 층 타겟 피처 둘 다)은 디바이스 영역의 대응 피처와는 다르다: 프록시 타겟의 피처는 가시광선 또는 근적외선 스펙트럼에서 작동하는 계측 도구에 의해 해상될 수 있도록 일반적으로 이 디바이스의 피처보다 더 넓은 라인을 가지며; 타겟은 자신의 디자인에서 대칭이므로 오버레이 값을 계산하기 위한 강력한 대칭 기반 이미지 프로세싱 알고리즘을 구현할 수 있다. 또한, 프록시 타겟은 디바이스 영역의 귀중한 "실제 구역(real estate)"을 차지하지 않기 위해 일반적으로 반도체 웨이퍼의 스크라이브 라인에 위치된다. 포토리소그래피 노광 시스템(스캐너)의 광학 왜곡은 디바이스 영역의 광학 왜곡과는 스크라이브 라인이 다르므로, 프록시 타겟의 패턴과 이 디바이스의 대응 패턴 사이에 공간적으로 다양한 차동 시프트가 발생한다.
이러한 설계 및 계측 고려 사항으로 인해 프록시 타겟의 피처가 칩 영역의 디바이스 피처와는 다르게 리소그래피 효과 및 프로세스 효과에 반응하고, 프록시 타겟으로부터 측정된 오버레이 오차는 실제 디바이스 피처의 오버레이 오차와 관련하여 오프셋을 가질 수 있다. 프록시 타겟으로부터 측정된 오버레이 오차로부터 디바이스 영역의 오버레이 오차의 정확한 측정치를 도출하기 위해 교정 기능이 적용될 수 있다. 그러나 정확한 교정을 위해서는 프록시 타겟으로부터의 안정적이고 반복 가능한 오버레이 측정이 필요하다. 이것들은 차례로 피처 비대칭과 같은 프로세스로 인한 효과에 의해 도전받는다.
또한, 각각의 프록시 타겟은 포토레지스트의 타겟 피처와 이전 프로세스 층의 타겟 피처를 둘 다 포함하므로, 이러한 두 세트의 타겟 피처는 반도체 웨이퍼에 수직인 방향으로 최대 수 미크론의 거리만큼 분리될 수 있다. 이러한 경우 두 세트의 타겟 피처는 레지스트 층과 프로세스 층에 개별적으로 계측 도구를 포커싱하고 각 초점 설정에서 이미지를 획득하여 이미징된다. 그러나 프로세스 변화 효과와 지형의 조합으로 인해 최적의 계측 "레시피", 즉, 프록시 타겟으로부터 안정적이고 반복 가능한 오버레이 측정을 생성하는 계측 조건 세트(예컨대, 초점, 조명의 개구수, 파장)를 찾기가 어렵다.
본원에 설명된 본 발명의 실시예는 광학 오버레이 프록시 타겟의 타겟 피처의 두 세트의 독립적인 특성화를 가능하게 하는 광학 계측 도구 및 방법을 제공함으로써 이러한 문제를 해결한다. 일부 실시예에서, 계측 도구는 상호 정합되지만 프록시 타겟 상의 고정된 높이 차이에서 포커싱되는 두 개의 이미징 카메라를 포함한다. 초점 변화, 스펙트럼 응답 및 편광과 같은 이미징 파라미터로 인한 대칭 중심(CoS)에서의 변화와 같은 프록시 타겟 층의 광학 특성에서의 변화를 교정하고 보정하기 위해 두 카메라에 의해 캡처된 이미지가 비교된다.
일부 실시예에서, 투사기는 2차원 격자의 이미지와 같은 정합 이미지를 2개의 카메라를 향해 투사한다. 계측 도구의 초점은 각각 고정된 높이 차이와 동일한 연속 단계를 거쳐 스텝핑되므로 한 카메라(CAM1이라고 함)는 항상 이전 단계 동안 다른 카메라(CAM2)가 있었던 초점 설정에 도달한다. CAM1이 자신의 새로운 초점 위치에 도달할 때, CAM2가 해당 초점 위치에 있을 때 CAM2에 의해 획득된 이미지로 CAM1이 정합된다. 각 초점 위치에서 각 카메라는 프록시 타겟의 이미지를 획득한다. 프록시 타겟의 두 세트의 타겟 피처 각각의 일련의 획득된 이미지는 초점 설정을 통해 서로 정합된다. 이 두 일련의 이미지로부터, 초점에 대한 CoS의 변화가 두 세트의 타겟 피처 각각에 대해 계산될 수 있다. 초점에 대한 CoS의 안정성은 안정적인 오버레이 측정을 위해 두 세트의 타겟 피처의 이미지가 획득되어야 하는 초점 설정을 제공한다. 차례로, 안정적인 오버레이 측정은 반도체 회로의 오버레이 오차의 안정적이고 반복적으로 교정을 가능케 한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 조명 파장 및/또는 편광에 대한 각 세트의 타겟 피처의 CoS의 가변성이 매핑되고, 그런 다음, 이 매핑은 안정적인 오버레이 측정을 달성하는 데 사용된다. 따라서, 본 실시예는 파장 및 초점의 2차원 공간 내에서 최적의 측정 범위를 식별한다.
광학 검사 장치의 설명
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 반도체 웨이퍼(12) 상의 패터닝된 박막층의 광학 특성을 측정하기 위한 광학 검사 장치(10)의 개략적인 도해이다.
광학 검사 장치(10)는 이미징 조립체(14), 조명 조립체(16), 및 광학 릴레이 조립체(18)를 포함한다. 광학 검사 장치는 격자 투사기(20), 카메라 조립체(22), 제어기(24), 메모리(25) 및 반도체 웨이퍼(12)가 위에 올려지는 테이블(26)을 추가로 포함한다. 장치(10) 및 그 구성 요소의 배향은 데카르트 좌표(28) 내에서 정의된다. 후속 도면에서, 동일한 데카르트 좌표(28)가 적절한 배향으로 도시되어 있다. 이하에서 소문자 x, y, 및 z는 3개의 데카르트 좌표축을 나타내는 데 사용되는 반면 대문자 X, Y, 및 Z는 이러한 축의 좌표를 나타내는 데 사용된다.
이미징 조립체(14)는 단일 대물렌즈(30)로서 개략적으로 도시되어 있다. 대안적으로, 조립체(14)는 간섭계 대물렌즈(예컨대, 리닉-간섭계), 암시야 대물렌즈, 위상차 대물렌즈, 또는 또 다른 적절한 종류의 대물렌즈 또는 렌즈 및/또는 거울의 조합을 포함할 수 있다.
대물렌즈(30)는 전형적으로 높은 개구수(numerical aperture; NA), 예를 들어, 0.7 또는 심지어 더 높은 NA를 갖는 매우 높은 광학 품질의 복합 렌즈이다. 대안적인 실시예에서, 대물렌즈(30)는 제어기(24)에 의해 제어되는 가변 NA를 가질 수 있다.
도시된 실시예에서, 제어기(24)에 의해 제어되는 조명 조립체(16)는 2개의 조명기(15 및 17)를 포함하며, 이들 조명기는 하나 이상의 별개의 조정 가능한 파장에서 또는 연속파(continuous-wave; CW) 또는 펄스 형태의 하나 이상의 연속 스펙트럼에 걸쳐 독립적으로 각각의 빔(34 및 35)에서 광학 방사선을 방출하는 광원(32 및 33)을 각각 포함한다. 광원(32 및 33)은 또한 예를 들어, 비편광, 선형 편광 또는 원형 편광 방사선과 같은 다양한 편광 상태의 광학 방사선을 방출할 수 있다.
조명기(15 및 17)는 각각의 광원(32 및 33)에 연결된 2개의 각각의 애퍼처 조립체(36 및 37)를 추가로 포함한다. 애퍼처 조립체(36 및 37)는 각각의 액추에이터(38 및 39)에 의해 작동되어, 조립체(36)의 상이한 애퍼처를 빔(34)으로 가져오고, 조립체(37)의 상이한 애퍼처를 빔(35)으로 가져온다. 액추에이터(38 및 39)는 각각의 애퍼처의 평면에서 각각의 조립체의 각각의 개별 애퍼처를 미세 조정할 수 있다. 조명기(15 및 17)로부터 각각 방출된 빔(40 및 41)은 빔스플리터(42)에 의해 동일선상에서 빔(43)으로 결합된다. 2개의 조명기를 포함하는 이러한 종류의 이중 조명 조립체는 웨이퍼(12) 상의 프로세스 층 및 레지스트 층에 독립적인 조명 조건(예컨대, 파장, 편광 및/또는 NA)을 제공하기 위한 장치(10)의 유연성을 향상시킨다.
대안적으로, 조명 조립체(16)는 단일 조명기, 예를 들어, 조명기(15)를 포함할 수 있으며, 프로세스 층 및 레지스트 층에 대한 조명 조건은 광원(32) 및 애퍼처 조립체(36)의 적절한 조정에 의해 선택된다. 대안적으로, 조명 조립체는 2개보다 많은 조명기, 예를 들어, 3개 또는 4개의 조명기를 포함할 수 있으며, 각각의 조명기로부터 나오는 빔은 빔스플리터와 같은 적절한 광학 장치를 사용하여 결합된다.
광학 릴레이 조립체(18)는 빔스플리터(44 및 45), 빔스플리터 조립체(46) 및 렌즈(50 및 52)를 포함한다. 빔스플리터 조립체(46)는 빔스플리터(47 및 48)를 포함하며, 이는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 액추에이터(49)를 사용하여 장치(10)의 광학 경로 안팎으로 이동될 수 있다. 카메라 조립체(22)는 2개의 검출기 어레이(54 및 56)를 포함하며, 이들은 "카메라"로도 지칭되고 각각 CAM1 및 CAM2로 표시된다. 카메라 조립체(22)는 z축을 따라 각각 CAM1 및 CAM2를 이동시키는 2개의 액추에이터(58 및 60)를 추가로 포함한다. 렌즈(50 및 52)가 단일 렌즈로 이 도면에 도시되어 있지만, 이들은 대안적으로 다수의 렌즈 및/또는 거울을 포함할 수 있다.
격자 투사기(20)는 격자 이미지를 CAM1 및 CAM2에 투사하도록 구성되며, 이는 도 2에서 더 상세히 설명될 것이다. 제어기(24)는 격자 투사기(20), 메모리(25), 테이블(26), 광원(32, 33)에 그리고 액츄에이터(38, 39, 49, 58, 및 60)에 결합된다. 제어기(24)는 일반적으로 장치(10)의 다른 요소에 연결하기 위한 적합한 디지털 및/또는 아날로그 인터페이스와 함께 본원에 설명된 기능을 수행하기 위해 소프트웨어 및/또는 펌웨어로 프로그래밍되는 프로그래밍 가능한 프로세서를 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제어기(24)는 제어기의 기능 중 적어도 일부를 수행하는 하드웨어에 내장된(hard-wired) 그리고/또는 프로그래밍 가능한 하드웨어 로직 회로를 포함한다. 제어기(24)가 단순화를 위해 단일의 모놀리식 기능 블록으로서 도 1에 도시되어 있지만, 실제로 제어기는 도면에 예시되고 본문에 설명되는 신호를 수신하고 출력하기 위한 적절한 인터페이스를 갖춘 다수의 상호 연결된 제어 장치를 포함할 수 있다.
광학 검사 장치(10)를 작동하기 전에, 반도체 웨이퍼(12)가 테이블(26)에 올려진다. 작동 중에 테이블(26)은 제어기(24)의 제어 하에 웨이퍼(12)를 x축, y축, z축을 따라 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라 z축 주위로 회전시킬 수 있다. z축을 따라 이동하는 것을 "포커싱"이라고 한다.
웨이퍼(12)를 조명하기 위해, 조명 조립체(16)는 빔을 대물렌즈(30)로 반사시키는 빔스플리터(44)를 향해 광학 방사선의 빔(43)을 방출한다. 이어서 대물렌즈(30)는 빔(43)을 웨이퍼(12) 상에 포커싱한다. (yz-평면에서) 빔(43)의 전파에 수직인 평면에서 조명 조립체(16)로부터의 출구에서 빔(43)의 단면은 애퍼처 조립체(36 및 37)의 적절하게 배치되고 정렬된 애퍼처에 의해 수정된다. 이들 애퍼처는 빔(43)의 단면의 형상을 예를 들어, 원형, 정사각형 또는 왜상으로 정의할 뿐만 아니라 단면의 치수를 정의한다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 빔(43)은 상이한 파장 및/또는 편광 상태의 2개의 빔을 포함할 수 있으며, 애퍼처 조립체(36 및 37)는 2개의 빔 각각의 단면을 독립적으로 제어한다.
조립체(36 및 37)의 애퍼처는 전형적으로 대물렌즈(30)의 입사 동공에 공액(conjugate)이므로(추가 광학계에 의해 입구 동공 상에 이미징되었으며 단순화를 위해 이 도면으로부터 추가 광학계가 생략되었음), 조명기 조립체(16)로부터 나오는 빔(43)의 단면이 광학 방사선 조명 웨이퍼(12)의 개구수를 정의한다. 따라서 조명의 형상은 예를 들어, 각도 공간에서 원형, 정사각형 또는 왜상일 수 있으며 대물렌즈(30)의 전체 NA와 전체 NA의 분수 사이에서 변할 수 있다. 일부 구성에서, 조명은 대물렌즈(30)의 수집 NA를 초과하는 NA 값으로 제한될 수 있으며, 따라서 웨이퍼(12) 상의 피처의 암시야 이미징을 가능하게 한다.
웨이퍼(12)를 조명하는 광학 방사선은 카메라 조립체(22)를 향해 대물렌즈에 의해 웨이퍼 상의 피처를 이미징하기 위해 대물렌즈(30)를 향해 다시 웨이퍼에 의해 반사된다. 대물렌즈(30)에 의해 수신된 반사된 방사선은 빔스플리터(44 및 45)를 통해 빔스플리터 조립체(46)로 추가로 투사되며, 여기서 반사된 방사선은 2개의 빔스플리터 중 어느 것이 액추에이터(49)에 의해 그 경로에 위치되었는지에 따라 빔스플리터(47) 또는 빔스플리터(48)에 충돌한다. 이 예에서 빔스플리터(47)는 파장 중립 빔스플리터이며, 즉, 반사 계수 및 투과 계수가 동일한 스펙트럼 거동을 갖는다. 빔스플리터(48)는 하나의 스펙트럼 대역 Δλ1, 예를 들어, 380 nm 내지 550 nm를 투과하고 다른(비중첩) 스펙트럼 대역 Δλ2, 예를 들어, 560 nm 내지 800 nm를 반사하도록 구성된 이색성 빔스플리터이다. 따라서, 빔스플리터(47)가 광학 경로에 있을 때, 각각의 카메라(CAM1 및 CAM2)는 전체 스펙트럼에 걸쳐 반사된 방사선의 일부를 수신하고; 반면 빔스플리터(48)가 경로에 있을 때, 방사선의 스펙트럼은, CAM1이 스펙트럼 대역 Δλ1 내에서 방사선을 수신하고 CAM2가 스펙트럼 대역 Δλ2 내에서 방사선을 수신하도록 분할된다. 광원(32)이 스펙트럼 대역 Δλ1의 광학 방사선을 방출하고 광원(33)이 스펙트럼 대역 Δλ2의 광학 방사선을 방출하도록 하면 두 층 각각에 대한 조명(조명 NA 포함)을 독립적으로 제어할 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 빔스플리터(47 및 48) 중 하나는 하나의 편광 상태를 투과하고 직교 편광 상태를 반사하는 편광 빔스플리터일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 광원(32 및 33)이 직교 편광 상태에서 광학 방사선을 방출하도록 하면, 광원(32)으로부터의 방사선은 CAM1으로 지향될 것이고 광원(33)으로부터의 방사선은 CAM2로 지향될 것이다. 전술된 조명의 스펙트럼 분할과 마찬가지로, 조명의 편광을 제어하면 두 층 각각에 대한 조명을 독립적으로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 빔스플리터(48)는 이색성 빔스플리터와 편광 빔스플리터의 조합이다.
조립체(46)에서 선택된 빔스플리터에 의해 투과 및 반사된 광학 방사선은 각각 렌즈(50)에 의해 CAM1 상에 포커싱되고 렌즈(52)에 의해 CAM2 상에 포커싱된다. 따라서 웨이퍼(12)의 이미지는 CAM1 및 CAM2에 의해 캡처되고 제어기(24)에 의해 판독 및 프로세싱된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 격자 투사기(20)의 개략적인 도해이다. 격자 투사기(20)는 카메라 CAM1 및 CAM2를 향해 격자 이미지를 투사하여 두 카메라 사이의 위치 기준으로서 활용한다. 격자 투사기(20)는 광원 조립체(80), 단일 모드 광섬유(82), 회절 조립체(84) 및 공간 필터(86)를 포함한다.
이 예에서 광원 조립체(80)는 2개의 초발광 발광 다이오드(superluminescent light-emitting diode; sLED)(88 및 90)를 포함하고, 여기서 sLED(88)는 파장 λ1 = 450 nm의 광학 방사선을 방출하고, sLED(90)는 파장 λ2 = 750 nm의 광학 방사선을 방출한다. 광원(80)은 렌즈(92, 94, 및 96)와 이색성 빔스플리터(98)를 추가로 포함한다. 대안적으로, 다른 유형 및 파장의 광원이 사용될 수 있다.
회절 조립체(84)는 2개의 렌즈(102 및 104) 사이에 위치된 크롬-온-글래스(chrome-on-glass) 격자의 조립체와 같은 고대비 투과 회절 격자 조립체(100)를 포함한다. 회절 격자 조립체(100)는 광을 y 방향 및 z 방향 둘 다로 회절시키도록 직교 격자를 포함한다. 이들 격자는 함께 투사기(20)에 의해 투사되는 격자 패턴의 일부를 생성한다.
sLED(88 및 90)에 의해 방출된 광학 방사선은 각각의 렌즈(92 및 94)에 의해 이색성 빔스플리터(98)를 향해 투사된다. 빔스플리터(98)는 sLED(88)에 의해 방출된 광학 방사선을 통과시키고 sLED(90)에 의해 방출된 방사선을 반사하도록 구성되어, 2개의 sLED에 의해 방출된 방사선을 단일 빔(106)으로 결합한다. 빔(106)은 렌즈(96)에 의해 단일 모드 광섬유(82)의 입력 단부(108)로 포커싱된다. 광섬유(82)를 통해 투과된 광학 방사선은 광섬유로부터 그것의 출력 단부(110)를 통해 회절 조립체(84)로 나가고 빔(112)으로서 회절 격자(100)를 향해 렌즈(102)에 의해 투사된다. 출력 단부(110)는 렌즈(102)의 초점면에 위치되고, 결과적으로 빔(112)은 시준된다. 빔(112)은 격자 조립체(100)에 의해, 시준된 회절 차수(114)로 회절되고, 이들은 렌즈(104)에 의해 초점면(116)에 포커싱된다.
초점면(116)에 위치된 공간 필터(86)는 격자 조립체(100)에 의해 회절된 차수(114) 중의 ±1차 차수만을 통과시키도록 구성된다. 이 기능은 yz 뷰에서, 즉, x축 방향으로 공간 필터(86)를 보여주는 삽도(118)에 자세히 도시되어 있다. 공간 필터(86)는 불투명 베이스(122), 예를 들어, 환형을 형성하기 위해 크롬이 제거된 크롬-온-글래스 베이스(chrome-on-glass base) 상의 투명한 환형(120)을 포함한다. 차수(114) 중의 ±1차 회절 차수는 sLED(88)에 의해 방출되는 방사선에 대해 사각형(124)으로서 그리고 sLED(90)에 의해 방출되는 방사선에 대해 사각형(126)으로서 환형(120) 내에 도시된다. 차수(114) 중의 0차 회절 차수는 공간 필터의 중앙 부분(128)에 의해 차단되고, ±1차 차수를 초과하는 차수(114) 중의 회절 차수는 공간 필터(86)의 주변부(130)에 의해 차단된다.
공간 필터(86)를 통과한 후, 차수(114) 중의 ±1차 회절 차수는 확장 빔(132)을 형성한다. 이들 빔은 서로 간섭하여, (±1차 차수 간 간섭 패턴으로서) 전파하는 정현파 격자를 생성하고, 이는 빔스플리터(42)(도 1)에 의해 빔(134)으로 반사된다. 정현파 격자는 도 3을 참조하여 아래에서 추가로 설명된다. 빔(134)은 웨이퍼(12)(도 1)로부터 반사된 광학 방사선과 동일선상에 있는 카메라(CAM1 및 CAM2)를 향해 전파되며, 따라서 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 두 카메라의 상호 정합을 가능하게 한다.
빔(134)으로서 전파되는 정현파 격자의 스펙트럼 내용물은 sLED(88 및 90) 중 하나 또는 둘 다에 에너지가 공급되고 광학 방사선을 방출하는지 여부에 의존한다. 이색성 빔스플리터(48)의 방출 파장 λ1 및 λ2와 스펙트럼 특성은 파장 중 하나가 빔스플리터에 의해 반사되고 다른 하나가 투과되도록 매칭된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 카메라 CAM1 또는 CAM2 중 하나에 의해 획득된 이미지(150)의 개략도이다. 이 예에서 이미지(150)는 AIM™ 프록시 타겟(152)과 프록시 타겟의 이미지를 따라 격자 투사기(20)에 의해 투사된 4개의 격자(154, 156, 158, 및 160)를 포함하다. AIMTM 프록시 타겟(152)의 타겟 피처는 x축 및 y축을 따라 쌍으로 배향된 4개의 레지스트 격자(162) 및 유사하게 x축 및 y축을 따라 쌍으로 배향된 4개의 프로세스 층 격자(164)를 포함한다. 명료함을 위해, 단지 2개의 레지스트 격자(162) 및 2개의 프로세스 층 격자(164)의 윤곽이 그려져 있는데, 각각의 하나는 x축을 따라 배향되고 다른 하나는 y축을 따라 배향된다.
다른 형태의 타겟 피처는 다른 종류의 프록시 타겟에서 대안으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 소위 프레임-인-프레임(frame-in-frame) 프록시 타겟의 타겟 피처는 바의 사각형 프레임을 포함한다.
레지스트 층과 프로세스 층 사이의 오버레이 오차를 계산하기 위해, 제어기(24)는 타겟(152)의 이미지로부터 레지스트 격자(162)의 CoS의 X 좌표 및 Y 좌표(CoSX,R,CoSY,R)를 계산하고, 마찬가지로 프로세스 층 격자(164)의 CoS의 X 좌표 및 Y 좌표(CoSX,P,CoSY,P)를 계산한다. (웨이퍼 12로 다시 투사된) 대칭 중심의 X 좌표들 사이 그리고 Y 좌표들 사이의 차이는 각각의 X-오버레이 오차 OVLX = (CoSX,R-CoSX,P)와 및 Y-오버레이 오차 OVLY　=　(CoSY,R-CoSY,P)를 산출한다. 간결함을 위해, 이하에서 CoS는 2차원 벡터(CoSX,CoSY)를 의미하는 것으로 사용될 것이다.
격자(154, 156, 158, 및 160)는 전술된 바와 같이(도 2) 격자 투사기(20)에 의해 투사된다. 격자의 공간 분할 및 배열은 예를 들어, 회절 격자 조립체(100)의 격자를 2쌍의 직교 격자로 분리함으로써 달성된다. 두 카메라 CAM1 및 CAM2는 격자(154, 156, 158 및 160)를 "보고(see)", 제어기(24)(도 1)는 두 카메라의 위치를 x 및 y 방향 둘 다에서 격자에 정합하기 위해 이러한 격자를 사용한다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 이 정합은 타겟(152)의 연속 이미지를 정확하게 정합하는 프로세스에서 필수적인 부분이다.
오버레이 계측 프록시 타겟에서 레지스트 타겟 피처 및 프로세스 타겟 피처의 특성화
다음 도면은 초점 및 조명 파장과 같은 상이한 이미징 파라미터의 함수로서 오버레이 프록시 타겟의 타겟 피처의 CoS의 변화를 측정하기 위한 다수의 상이한 방법을 도시한다. 이러한 방법은 편의와 명확성을 위해, 위에서 설명되고 선행 도면에 도시된 시스템 구조 및 구성 요소를 참조하여 그리고 특정 타입의 프록시 타겟 및 그것들의 타겟 피처를 참조하여 설명된다. 그러나, 이러한 방법의 원리는, 본 설명을 읽은 후에 당업자에게 명백한 바와 같이, 유사하게, 다른 오버레이 계측 시스템에서 그리고 다른 유형의 프록시 타겟을 사용해 준용하여 적용될 수 있다. 또한, 이러한 상이한 방법의 요소는 다인자 CoS 측정 및 교정을 가능하게 하기 위해 결합될 수 있다. 그러한 모든 대안적 구현은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 초점의 함수로서 오버레이 계측 프록시 타겟의 프로세스 층 타겟 피처 및 레지스트 층 타겟 피처의 CoS 변화를 측정하기 위한 프로세스를 개략적으로 예시하는 흐름도(200)이다. 본 프로세스는 도 1에 설명된 광학 검사 장치(10)를 참조하고, 도 2 내지 도 3을 추가로 참조한다. 도 4에 예시된 프로세스의 목적은 장치(10) 내의 웨이퍼(12)의 초점 설정에 대해 AIMTM 타겟(152)과 같은 오버레이 프록시 타겟의 각 층의 타겟 피처의 CoS의 위치를 개별적으로 특성화하는 것이다.
본 프로세스는 시작 단계(202)에서 시작된다. 포커싱 단계(204)에서, 제어기(24)는 테이블(26)을 z 방향으로 이동시킴으로써 그리고/또는 액추에이터(58 및 60)에 의해 카메라를 이동시킴으로써 카메라 CAM1 및 CAM2가 웨이퍼(12) 상에 포커싱하도록 설정한다. 카메라는 액추에이터(58 및 60)의 차동 이동에 의해 ΔZ의 초점 차이로 설정된다. (본 설명에서, 초점 설정은 웨이퍼 공간의 Z 좌표를 지칭한다. 예를 들어, 초점 차이 ΔZ는 웨이퍼(12) 상의 또는 그 부근에서 ΔZ만큼 분리되는 각각의 xy-평면에서 카메라 CAM1 및 CAM2의 포커싱을 지칭한다.) 카메라 CAM1 및 CAM2의 초점 분리 및 포커싱에 대한 추가 세부 사항은 이하 도 5를 참조하여 설명된다.
제1 격자 정합 단계(206)에서, 두 카메라 CAM1 및 CAM2는 격자 투사기(20)에 의해 투사된 격자(154, 156, 158 및 160)에 정합된다. 이 정합을 수행하기 위해, 제어기(24)는 격자에 대해 각각의 카메라의 x 방향 및 y 방향에서 상대 위치를 찾기 위해 격자의 획득된 이미지를 프로세싱한다. 카메라들이 서로 정합되기 위해서, 카메라들은 격자(154, 156, 158, 및 160)에 대해 물리적으로 이동될 수 있거나 오프셋이 카메라와 격자 사이에서 계산된 다음 후속 프로세싱에 적용될 수 있다. 격자의 주기적인 형태와 CAM1 및 CAM2의 픽셀의 반복 구조로 인해, 제어기(24)는 (웨이퍼 공간의 xy 좌표를 기준으로) 격자에 대해 각각의 카메라를 0.1 nm보다 나은 정확도로 정합할 수 있다. 더욱이, 동일한 격자가 각각의 카메라(CAM1 및 CAM2)를 향해 투사되기 때문에, 투사된 격자의 임의의 공간 시프트 또는 진동은 카메라 둘 다에 대해 공통 모드에서 발생한다. 각 카메라는 동일한 공통 모드 격자에 대해 정합되므로, 카메라는 0.1 nm보다 나은 정확도로 서로 정합된다. 제1 획득 단계(208)에서, 특히 격자(162 및 164)의 프록시 타겟(152)의 이미지는 카메라(CAM1 및 CAM2)로부터 제어기(24)에 의해 판독되고 메모리(25)에 저장된다.
재포커싱 단계(210)에서, 테이블(26)은 웨이퍼(12)를 z 방향으로 거리 ΔZ만큼 이동시켜 CAM1을 단계(210) 전에 CAM2가 있었던 Z 좌표로 가져온다. 제2 격자 정합 단계(212)에서, 제어기(24)는 제1 격자 정합 단계(206)에서와 같이 격자(154, 156, 158, 및 160)를 사용해 각각의 카메라 CAM1 및 CAM2를 다시 정합한다. 이 단계의 목적은 두 카메라 간의 지속적인 정합을 보장하는 것이다. CAM1 정합 단계(214)에서, CAM1은 이전 초점 위치에서 CAM2에 의해 획득된 이미지에 정합되며, 따라서 제2 격자 정합 단계(212)와 함께, 이전 초점 위치를 기준으로 xy-평면에서 두 카메라의 위치를 확립한다. 제2 획득 단계(216)에서, 프록시 타겟(152)의 이미지는 제1 획득 단계(208)와 유사하게 카메라 CAM1 및 CAM2를 통해 제어기(24)에 의해 판독되고 메모리(25)에 저장된다.
결정 단계(218)에서, 제어기(24)는 미리 설정된 일련의 초점 단계에 기초하여 또 다른 초점 단계가 필요한지 여부를 결정한다. 이 결정의 답변이 긍정적인 경우, 이 프로세스는 재포커싱 단계(210)로 돌아가서 거기에서 계속된다. 일단 모든 미리 설정된 초점 단계가 취해졌으면, 제어기(24)는 계산 단계(220)에서 ΔZ의 초점 단계를 통해 초점 설정의 함수로서 격자(162, 164) 각각의 개별 CoS를 계산하기 위해 메모리(25)에 저장된 이미지를 프로세싱한다. 프로세스는 종료 단계(222)에서 종료된다.
일부 실시예에서, 조명이 웨이퍼(12)에 충돌하는 방향은 계측 도구의 이미징 광학계에서 잔여 광학 오차를 보상하기 위해 조정된다. 예를 들어, 광학 검사 장치(10)에서, 제어기(24)는 대물렌즈(30)의 잔여 광학적 오차를 보상하기 위해 액추에이터(38)를 통해 yz-평면에서 애퍼처 조립체(36)의 위치를 조정할 수 있다. 격자(162 및 164) 각각의 CoS가 애퍼처 조립체(36)의 위치에 의존하기 때문에, 애퍼처 조립체(36)의 다수의 위치에 대한 초점의 함수로서 CoS를 측정함으로써 보다 포괄적인 데이터가 수집될 수 있다. 일 실시예에서, 흐름도(200)에 설명된 프로세스는 (Y0±n*ΔY, Z0±n*ΔZ)와 같이 애퍼처 조립체의 일련의 Y 좌표 및 Z 좌표에 대해 실행되고, Y0 및 Z0는 애퍼처 조립체(36)의 공칭 중심 위치를 나타내고, ΔY 및 ΔZ는 애퍼처 조립체의 증가 단계를 나타내며, n은 0부터 최댓값 N까지의 값을 가정하는 정수 인덱스이다. 획득된 데이터는 아래의 "측정 조건 선택" 섹션에서 설명되는 것처럼 오버레이 측정의 품질을 더욱 향상시키는 데 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, CAM1과 CAM2 사이의 초점 분리뿐만 아니라 도 4의 프로세스에서 취해진 초점 단계를 개략적으로 도시하는 플롯이다.
웨이퍼 공간 내의 z-좌표에 대한, 즉, 웨이퍼(12)에 대한 z-좌표의 2개의 카메라(CAM1 및 CAM2)의 위치는 N개의 초점 단계를 통해 시프트된다. 제1 단계(250)에서, Z 좌표축(251)에 표시된 대로 CAM1은 평면 Z = Z0에 포커싱되고, CAM2는 평면 Z = Z0+ΔZ에 포커싱된다. 제2 단계(252)에서, 웨이퍼 초점은 ΔZ만큼 증가되어 CAM1을 Z = Z0+ΔZ로 그리고 CAM2를 Z = Z0+2ΔZ로 가져오며. 즉, CAM1은 이제 CAM2가 제1 단계(250)에 있던 동일한 초점 위치에 있다. 제3 단계(254)에서, 웨이퍼 초첨은 다시 Δz만큼 증가되어 CAM1을 Z = Z0+2ΔZ로 그리고 CAM2를 Z = Z0+3ΔZ로 가져온다. 이 프로세스는 N번째 단계(256)로 계속되며, 여기서 CAM1은 Z　=　Z0+(N-1)ΔZ에 있고 CAM2는 Z = Z0+NΔZ에 있다.
즉, 각 초점 단계에서 CAM1은 이전 단계에서 CAM2가 위치된 초점에 위치되므로 연속 단계들 사이에 정합이 가능하다. 격자 정합 단계(206 및 212)(도 4)와 결합된 이러한 연속적인 단계들은 제어기(24)가 초점을 통해 각 카메라를 x 방향 및 y 방향으로 정확하게 정렬하고 초점을 통해 격자(162 및 164) 각각의 실제 CoS를 계산할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 조명의 파장에 대한 오버레이 계측 프록시 타겟의 타겟 피처의 CoS의 변화를 측정하기 위한 프로세스를 개략적으로 예시한 흐름도(300)이다. 이 프로세스는 도 2 및 3을 추가로 참조하여 도 1에 도시된 광학 검사 장치(10)를 사용한다. 도 6a 및 도 6b에 예시된 프로세스의 목적은 장치(10)에 의해 사용되는 조명의 파장과 관련하여 AIMTM 타겟(152)과 같은 오버레이 프록시 타겟의 타겟 피처 각각의 CoS의 위치를 개별적으로 특성화하는 것이다. 흐름도(300)는 조명 파장의 함수로서 격자(164) 및 격자(162)의 CoS를 각각 계산하기 위한 제1 부분(301) 및 제2 부분(302)을 포함한다.
본 프로세스는 시작 단계(303)에서 시작된다. 빔스플리터 배치 단계(304)에서, 제어기(24)는 액추에이터(49)에 에너지를 공급하여 이색성 빔스플리터(46)를 장치(10)의 광학 경로로 가져오고, 따라서 광학 방사선을 장치(10)의 광학 경로에서 분할하여, CAM1이 스펙트럼 대역(Δλ1) 내의 방사선의 일부를 수신하고, CAM2가 스펙트럼 대역(Δλ2) 내의 방사선의 일부를 수신한다.
그런 다음, 이 프로세스는 제1 부분(301)에 진입한다. 제1 조명 단계(306)에서, 반도체 웨이퍼(12)는 파장 λ1 및 λ2로 조명되고, 파장 λ1은 스펙트럼 대역 Δλ1 내에 있고, 파장 λ2는 스펙트럼 대역 Δλ2 내에 있으며, 광원(32)은 파장 λ1의 광학 방사선을 방출하고, 광원(33)은 파장 λ2의 광학 방사선을 방출한다. 제1 포커싱 단계(308)에서, 제어기(24)는 테이블(26) 및 액추에이터(58 및 60)를 사용하여 카메라 CAM1을 격자(162) 상의 콘트라스트 초점에, 그리고 CAM2를 격자(164) 상의 콘트라스트 초점에 포커싱한다. "콘트라스트 초점"이라는 용어는 각 카메라 상의 격자 이미지가 최대 콘트라스트 C를 나타내는 초점 위치를 지칭한다. 차례로, 콘트라스트 C는 주어진 카메라 상의 격자 이미지의 최대 강도 Imax 및 최소 강도 Imin에 기초해 C　=　(Imax-Imin)/(Imax+Imin)으로서 정의된다. 제1 격자 정합 단계(310)에서, 카메라 CAM1 및 CAM2는 제1 격자 정합 단계(206)(도 4)와 유사하게, 투사된 격자(154, 156, 158 및 160)에 대해 정합된다. 제1 취득 단계(312)에서, 그런 다음, 격자(162 및 164)의 이미지는 카메라 CAM1 및 CAM2에 의해 획득되고, 카메라로부터 제어기(24)에 의해 판독되고, 메모리(25)에 저장된다.
제1 파장 변경 단계(314)에서, 제어기(24)는 광원(33)에 의해 방출된 광학 방사선의 파장을 스펙트럼 대역 Δλ2로 Δλ만큼 증가시켜서 CAM2에 도달하는 조명의 파장을 λ2에서 λ2+Δλ로 변경시킨다. 제1 재포커싱 단계(316)에서, CAM2는 증가된 파장에서 콘트라스트 초점에 재포커싱된다. 제2 격자 정합 단계(318)에서, 카메라 CAM1 및 CAM2는 제1 격자 정합 단계(310)에서와 같이 격자(154, 156, 158 및 160)에 대해 정합된다. 재정합 단계(320)에서, CAM1은 획득 단계(312)에서 CAM1을 통해 획득된 격자(162)의 동일한 이미지에 재포커싱되고 재정합된다. 따라서, CAM1은 동일한 파장 및 동일한 초점에서 동일한 물리적 격자(162)에 지속적으로 정합되기 때문에 부분(301)에 대해 "앵커(anchor)"로서 확립된다. 제2 획득 단계(322)에서, 격자(164)의 이미지는 CAM2에 의해 획득되고, 제어기(24)에 의해 카메라로부터 판독되며, 메모리(25)에 저장된다.
제1 결정 단계(324)에서, 제어기(24)는 미리 설정된 일련의 파장 단계에 기초하여 스펙트럼 대역 Δλ2에서 또 다른 파장 단계가 필요한지 여부를 결정한다. 상기 결정의 답변이 긍정적인 경우, 프로세스는 제1 파장 변경 단계(314)로 돌아가서 CAM2에 도달하는 조명의 파장을 Δλ만큼 다시 증가시키고 프로세스를 계속한다. 모든 미리 설정된 파장 단계가 소진되었을 때, 제어기(24)는 제1 계산 단계(326)에서 메모리(25)에 저장된 이미지에 기초하여, 격자(164)의 CoS를 스펙트럼 대역 Δλ2에서 파장 단계 Δλ를 통한 파장의 함수로서 계산한다.
프로세스는 제1 부분과 제2 부분 사이의 차이점을 명확히 하기 위해 상세히 설명된 제2 부분(302)으로 계속된다. 제2 부분(302)의 단계(328, 330, 332, 334, 340 및 346)는 제1 부분(301)의 각각의 단계(306, 308, 310, 312, 318, 및 324)와 동일하다. 그러나, 제2 부분(302)에서의 단계(336, 338, 342, 및 344)는 제1 부분(301)에서의 대응부(314, 316, 320, 및 326)와 다르며, 제2 부분의 이러한 단계에서 스펙트럼 스캐닝은 제1 부분에서와 같이 스펙트럼 범위(Δλ2)를 통하는 것이 아니라 스펙트럼 범위(Δλ1)를 통해 이루어지기 때문이다.
제2 조명 단계(328)에서, 반도체 웨이퍼(12)는 파장 λ1 및 λ2로 조명된다. 제2 포커싱 단계(330)에서, 제어기(24)는 카메라 CAM1을 격자(162) 상의 콘트라스트 초점에 포커싱하고 CAM2를 격자(164) 상의 콘트라스트 초점에 포커싱한다. 제3 격자 정합 단계(332)에서, 카메라 CAM1 및 CAM2는 격자(154, 156, 158 및 160)에 대해 정합된다. 제3 취득 단계(334)에서, 격자(162 및 164)의 이미지는 카메라 CAM1 및 CAM2에 의해 취득되고, 제어기(24)에 의해 카메라로부터 판독되고, 메모리(25)에 저장된다.
제2 파장 변경 단계(336)에서, 제어기(24)는 광원(32)에 의해 방출된 광학 방사선의 파장을 스펙트럼 대역 Δλ1로 Δλ만큼 증가시킨다. 제2 재포커싱 단계(338)에서, CAM1은 증가된 파장 Δλ1+Δλ에서 콘트라스트 초점에 재포커싱된다. 제4 격자 정합 단계(340)에서, 카메라 CAM1 및 CAM2는 격자(154, 156, 158 및 160)에 대해 정합된다. 제2 재정합 단계(342)에서, CAM2는 제3 획득 단계(334)에서 CAM2로부터 판독된 격자(164)의 동일한 이미지에 대해 재포커싱되고 재정합되어, CAM2를 제2 부분(302)에 대한 앵커로 확립한다. 제4 획득 단계(344)에서, 격자(162)의 이미지는 카메라 CAM1에 의해 획득되고, 제어기(24)에 의해 카메라로부터 판독되고, 메모리(25)에 저장된다.
제2 결정 단계(346)에서, 제어기(24)는 미리 설정된 일련의 파장 단계에 기초하여 스펙트럼 대역 Δλ1 내에서 또 다른 파장 단계가 요구되는지 여부를 결정한다. 상기 결정의 답변이 긍정적인 경우, 프로세스는 제2 파장 변경 단계(336)로 돌아가서 CAM1에 도달하는 조명의 파장을 Δλ만큼 다시 증가시키고 프로세스를 계속한다. 모든 미리 설정된 파장 단계가 취해졌으면, 제어기(24)는 제2 계산 단계(348)에서 격자(162)의 CoS를 스펙트럼 대역 Δλ1에서 파장 단계 Δλ를 통해 파장의 함수로서 계산한다. 프로세스는 종료 단계(350)에서 종료된다.
초점에 대한 CoS 변화 측정과 유사하게, 파장에 대한 CoS의 변화에 대해 획득된 데이터는 아래의 "측정 조건 선택" 섹션에 설명된 대로 오버레이 측정의 품질을 더욱 향상시키는 데 사용될 수 있다.
조명의 파장에 대한 CoS의 변화를 측정하는 것은 또한 추가 파라미터로서 광학 방사선의 편광 상태를 사용해 수행될 수 있다. 실시예에서, 파장에 대한 CoS의 변화는 웨이퍼(12)에 충돌하는 조명의 편광의 다양한 상태에 대해 측정된다. 따라서, 제어기(24)는 광원(32 및 33)에게 2개의 직교 편광 상태에서 광학 방사선을 방출하도록 명령하고, 조명의 파장에 대한 CoS의 변화는 각각의 편광 상태에 대해 개별적으로 측정된다. 대안적인 실시예에서, 웨이퍼(12)는 편광되지 않은 광학 방사선을 사용해 조명되고, 2개의 카메라(CAM1 및 CAM2) 각각에 도달하는 특정 편광 상태는 편광기로서도 기능하는 이색성 빔스플리터(46)에 의해 결정되거나 이색성 빔스플리터와 두 카메라 사이에 적절하게 위치된 편광기에 의해 결정된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따라 초점 설정 및 파장에 걸쳐 CoS의 랜드스케이프 및 감도를 생성 및 평가하기 위한 프로세스를 개략적으로 예시하는 흐름도(500)이다.
스캐너 내에서 웨이퍼(12)의 오배치 및 회전과 같은, 스캐너로 인한 오버레이 오차뿐만 아니라 스캐너 시야 왜곡을 캡처하기 위해, 오버레이 오차는 일반적으로 웨이퍼의 여러 측정 사이트에서 측정된다. 흐름도(500)에 도시된 프로세스는 웨이퍼(12) 상의 N개의 사이트에 대한 측정과 관련되며, 사이트는 n(n = 1, 2, … N)으로 인덱싱된다. 또한, 프로세스는 레지스트 층과 프로세스 층 모두에 대해 실행된다.
CoS는 웨이퍼(12)의 두 배향에서 초점에 대해 측정되며, 여기서 제2 배향에 대해 웨이퍼는 Z축 주위로 180° 회전된다. CoS를 제1 배향에 대해 CoS0(Z)로서, 그리고 제2 배향에 대해 CoS180(Z)로서 초점에 대해 나타내면, CoS의 도구로 인한 시프트(tool-induced shift; TIS), 즉, CoS_TIS는 CoS_TIS(Z) = (CoS0(Z)+CoS180(Z))/2로서 제어기(24)에 의해 계산된다. CoS_TIS는 대물렌즈(30)의 비대칭과 같은, 장치(10)의 이미징 경로에서 광학 구성 요소의 비대칭으로 인한 CoS의 오차를 설명한다. 측정된 CoS에서 CoS_TIS가 감산된, 보정된 CoS는 제어기(24)에 의해 CoS_COR(Z)로서 계산될 수 있으며, 여기서 CoS_COR(Z)=[CoS0(Z)-CoS180(Z)]/2이고 "COR"은 "보정됨"을 나타낸다. 위에서 언급된 바와 같이 CoS는 2차원 벡터(CoSX,CoSY)를 나타내는데, 즉, "CoS"라는 표기는 X 좌표와 Y 좌표 둘 다를 포함한다.
프록시 타겟(152)의 이미지를 여러 번 획득하고 측정 결과를 평균화함으로써 장치(10)의 기계적 진동으로 인한 CoS 측정의 부정확성이 감소될 수 있다.
본 프로세스는 시작 단계(502)에서 시작된다. 편광 선택 단계(504)에서, 조명 조립체(16)에 의해 방출되는 조명의 편광 상태(또는 편광 상태들)가 선택된다. 사이트 선택 단계(506)에서, 웨이퍼(12) 상의 사이트 n이 선택된다. 파장 선택 단계(507)에서 파장 λ가 선택된다. 0도의 초점 통과 CoS(CoS-through-focus) 단계(508)에서, CoS는 도 4 및 5를 참조하여 설명된 바와 같이 초점 Z를 통해 측정된다. 180도의 초점 통과 CoS 단계(510)에서, 위의 측정이 반복되지만 웨이퍼(12)는 단계(508)에 대해 180° 회전되는 배향에 있다. 제1 CoS_TIS 단계(512)에서, CoS_TIS는 CoS_TIS=(CoS0+CoS180)/2로서 각 초점 설정 Z에 대한 0° 배향 및 180° 배향의 각각의 CoS 값으로부터 제어기(24)에 의해 계산된다. 단순화를 위해, 초점 Z, 파장 λ, 편광 P 및 사이트 n에 대한 명시적 의존성은 이러한 공식에서 생략되었다. 제1 CoS_COR 단계(514)에서, CoS_COR은 CoS_COR=(CoS0-CoS180)/2로서 각각의 초점 설정 Z에 대해 0° 및 180°에서의 CoS의 각각의 값으로부터 제어기(24)에 의해 계산된다. (다시 말하지만, 변수에 대한 명시적 참조는 생략되었다.) 파장 결정 단계(516)에서, 제어기(24)는 미리 설정된 파장 목록에 기초하여 단계(507 내지 514)가 다시 실행되어야 하는지 여부를 결정한다. 이 결정의 긍정적인 답변의 경우, 파장 λ는 파장 증가 단계(517)에서 증가되고, 프로세스는 단계(507)로부터 계속된다.
미리 설정된 모든 파장이 소진되면 프로세스는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명된 대로 최선의 콘트라스트 초점의 파장에 대해 CoS를 계속 측정한다. CoS는 이전 단계에서 필요한 모든 파장에서 초점에 대해 측정되었지만, 장치(10)의 드리프트는 초점에 대한 CoS의 결과 중 일부를 초점 좌표(Z)에서 드리프트하게 했을 수 있다. 아래에 자세히 설명되는 것처럼, 파장에 대한 CoS 측정은 이러한 종류의 드리프트를 보정하는 데 사용될 것이다.
0도의 파장 통과 CoS(CoS-through-wavelength) 단계(518)에서, CoS는 최선의 콘트라스트 초점에서 미리 설정된 파장 스펙트럼을 통해 측정된다. 180도의 파장 통과 CoS 단계(520)에서, 위의 측정이 반복되지만 웨이퍼(12)는 단계(516)에 대해 180° 회전되는 배향에 있다. 제2 CoS_TIS 단계(522) 및 제2 CoS_COR 단계(524)에서, CoS_TIS 및 CoS_COR은 위에서 각각의 단계(512 및 514)를 참조하여 설명된 바와 같이 단계(518 및 520)에서 획득된 데이터로부터 제어기(24)에 의해 계산된다.
CoS_TIS 스티치(stitch) 단계(526)에서, 제어기(24)는 각 파장(λ)에 대해, 최선의 콘트라스트 초점에서 초점 Z를 갖는 단계(507 내지 516)로부터의 초점을 통과한 CoS_TIS에 대한 결과를 단계(522)로부터의 CoS_TIS에 대한 결과와 비교한다. 두 결과 사이에 불일치가 있는 경우, 파장 λ에 대한 초점을 통과한 CoS_TIS에 대한 결과는 불일치를 제거하기 위해 초점 좌표 Z에서 시프트된다. 이는 아래 도 8a를 참조하여 자세히 설명되는 것처럼 2차원 Z-λ 공간에서 CoS_TIS의 일관된 표현으로 인접 파장에 대한 초점을 통과한 CoS_TIS의 결과를 "스티치"한다. CoS_TIS 랜드스케이프 단계(528)에서, 제어기(24)는 이 표현을 2개의 변수 Z 및 λ에 대한 CoS_TIS 값의 집합으로 수집한다. 이 컬렉션은 CoS_TIS 랜드스케이프라고 지칭된다.
CoS_TIS 도출 단계(530)에서, 제어기(24)는 변수 Z 및 λ에서의 변화에 대한 CoS_TIS의 민감도를 나타내는, 제2 도출에 대한 값 을 계산한다. 최소 CoS_TIS 단계(532)에서, 제어기(24)는 CoS_TIS 랜드스케이프에서 CoS_TIS의 절댓값이 미리 정의된 한계보다 작은, (Z,λ)-평면 내의 2차원 영역(또는 다수의 영역)을 식별하여, CoS에 대한 도구로 인한 최소 시프트의 영역, 즉, CoS 내의 최소 오차를 나타낸다. (CoS_TIS의 X 및 Y 성분에는 상이한 한계가 할당될 수 있다.) 최소 CoS_TIS 도출 단계(533)에서, 제어기(24)는 CoS_TIS 랜드스케이프에서 (Z,λ)-평면 내의 2차원 영역(또는 다수의 영역)을 식별하며, 여기서 의 절댓값은 또 다른 미리 정의된 한계보다 작으며, 따라서 CoS_TIS에 대한 가장 높은 안정성의 영역을 나타낸다.
CoS_TIS 스티치 단계(526)와 유사하게, CoS_COR 스티치 단계(534)에서, 제어기(24)는 각 파장(λ)에 대해, 최선의 콘트라스트 초점에서 초점 Z를 갖는 단계(507 내지 516)로부터의 초점을 통과한 CoS_COR에 대한 결과를 단계(524)로부터의 CoS_COR에 대한 결과와 비교한다. 두 결과 사이에 불일치가 있는 경우, 파장 λ에 대한 초점을 통과한 CoS_COR에 대한 결과는 불일치를 제거하기 위해 초점 좌표 Z에서 시프트된다. 이것은 Z-λ 공간에서 CoS_COR의 일관된 표현으로 인접 파장에 대한 초점을 통과한 CoS_COR의 결과를 "스티치"한다.
CoS_TIS 랜드스케이프 단계(528)와 유사하게, CoS_COR 랜드스케이프 단계(536)에서, 제어기(24)는 이 표현을 본원에서 CoS_COR 랜드스케이프라고 하는 2개의 변수 Z 및 λ에 대한 CoS_COR 값의 집합으로 수집한다. CoS_COR 도출 단계(538)에서, 제어기(24)는 변수 Z 및 λ의 변화에 대한 CoS_COR의 민감도를 나타내는, 제2 도출에 대한 값 을 계산한다.
최소 CoS_COR 도출 단계(540)에서, 제어기(24)는 CoS_COR 랜드스케이프에서 의 절댓값이 또 다른 미리 정의된 한계보다 작은 2차원 영역(또는 다수의 영역)을 식별하여, CoS_COR에 대한 가장 높은 안정성의 영역을 나타낸다. (CoS_COR이 0으로부터의 임의의 오프셋을 가질 수 있으므로 CoS_COR가 미리 정의된 한계보다 작은 영역을 식별할 이유가 없다.)
사이트 결정 단계(542)에서, 제어기(24)는 웨이퍼(12) 상의 추가 사이트 n이 측정될 필요가 있는지 여부를 검증한다. 그 결과가 긍정적이면 프로세스는 단계(506)로 돌아가 다음 사이트를 선택한다. (현재 편광에 대해) 모든 사이트가 측정되었을 때, 제어기(24)는 편광 결정 단계(544)에서 측정이 조명의 추가적인 편광 상태에서 수행될 필요가 있는지 여부를 검증한다. 그 결과가 긍정적인 경우, 프로세스는 단계(504)로 돌아가서 조명의 새로운 편광 상태를 사용하여 모든 N개의 사이트를 다시 측정한다. 필요한 모든 편광 상태가 소진되면, 프로세스는 종료 단계(546)에서 종료된다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 실시예에 따른, 레지스트 층 및 프로세스 층에 대한 CoS_TIS 랜드스케이프 및 CoS_COR 랜드스케이프의 도식적 표현이다. 도 8a는 레지스트 층에 대한 CoS_TIS 랜드스케이프(600)를 도시하고, 도 8b는 레지스트 층에 대한 CoS_COR 랜드스케이프(602)를 도시하고, 도 8c는 프로세스 층에 대한 CoS_TIS 랜드스케이프(604)를 도시하며, 도 8d는 프로세스 층에 대한 CoS_COR 랜드스케이프(606)를 도시한다. 각각의 랜드스케이프(600, 602, 604, 및 606)는 주어진 사이트 n 및 주어진 편광 P와 관련된다. 모든 N개의 사이트와 조명의 모든 편광 상태에 대해 유사한 랜드스케이프가 생성된다. 각 랜드스케이프는 CoS_TIS 또는 CoS_COR의 각각의 값을 파장 범위(λmin,λmax)와 초점 범위(Zmin,Zmax)로 나타낸다. 곡선(608, 610, 612, 및 614)은 각각의 랜드스케이프(600, 602, 604, 및 606)에 대해 파장에 대한 최선의 콘트라스트 초점의 초점 위치를 도시한다.
도 7a 및 도 7b의 단계(532, 533 및 540)에서 식별된 영역은 랜드스케이프(600 내지 606)에 도시되어 있다. 따라서, 영역(616) 내에서 는 미리 정의된 한계 L1보다 작고, 영역(618) 내에서 CoS_TIS는 미리 정의된 한계 L2보다 작다. 영역(620) 내에서 는 미리 정의된 한계 L3보다 작다. 영역(622) 내에서 는 미리 정의된 한계 L4보다 작고, 영역(624) 내에서 CoS_TIS는 미리 정의된 한계 L5보다 작다. 영역(626) 내에서 는 미리 정의된 한계 L6보다 작다. 따라서, 영역(616 및 622)은 각각 레지스트 층 및 프로세스 층에 대해 CoS_TIS에 대한 높은 안정성의 영역을 나타내는 반면, 영역(618 및 624)은 CoS_TIS의 낮은 값, 즉, 이들 층에 대한 낮은 측정 도구 오차를 나타낸다. 영역(620 및 626)은 각각 레지스트 층 및 프로세스 층에 대해 CoS_COR에 대한 높은 안정성을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b의 단계(526 및 534)에서 도입된 "스티치"의 개념은 도 8a에 개략적으로 예시되어 있다. 3개의 라인(628, 630 및 632)은, 초점 Z의 함수로서 CoS_TIS가 도 7a 및 도 7b의 단계(507 내지 516)에 따라 각각의 파장 λi-1, λi, 및 λi+1에서 측정된 3개의 경로를 나타낸다. 곡선(608) 상의 3개의 포인트(634, 636, 및 638)는 파장 λ의 함수로서 CoS_TIS가 도 7a 및 도 7b의 단계(518 내지 522)에서 측정된 위치를 나타낸다. 곡선(608)을 가로지르는 라인(628) 상의 CoS_TIS 값은 포인트(634)에서의 CoS_TIS 값과 비교된다. 두 값이 같으면 라인(628)이 시프트되지 않는다. 그러나 값이 일치하지 않으면, 라인(628)(CoS_TIS 값과 함께)은, 곡선(608)과 교차하는 라인(628) 상의 값이 포인트(634)에서의 값과 일치할 때까지 Z 방향을 따라 시프트된다. 포인트(636)에 대해 라인(630)에 대한 그리고 포인트(638)에 대해 라인(632)에 대한 유사한 프로세스가 반복된다.
일단 이들 3개의 라인(628, 630 및 632)이, 필요한 경우, 곡선(608)과 각 라인의 교차점에서의 값이 각각의 포인트(634, 636 및 638)에서의 값과 일치하도록 시프트되면, 라인은 함께 "스티치되었다고" 말해진다. 이 프로세스는 λmin에서 λmax까지 모든 유사한 라인에 대해 반복되어 초점을 통해 CoS_TIS 값을 측정하는 동안 장치(10)의 가능한 드리프트를 보정한다. 유사한 스티치 동작이 랜드스케이프(602, 604, 및 606)에 적용된다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 실시예에 따른 레지스트 층 및 프로세스 층에 대한 정밀도 랜드스케이프의 개략도이다. 이 실시예에서, CoS-측정의 정밀도가 평가된다. 정밀도 측정은 CoS의 여러 연속 측정, 예를 들어, 5, 10 또는 15회의 측정과, 정밀도에 대한 메트릭 계산을 포함한다. 일반적인 메트릭은 측정의 3σ 값(표준 편차의 3배)이다. CoS에 대한 정밀도(CoS_Prec라고 라벨 표기됨)가 위에서 설명된 측정 동안 측정된 실시예에서(도 5 내지 7), 초점 Z 및 파장 λ의 두 변수에 대해 정밀도 랜드스케이프가 생성된다.
도 9a의 랜드스케이프(700)는 레지스트 층의 CoS의 정밀도를 나타내고, 도 9b의 랜드스케이프(702)는 프로세스 층의 CoS의 정밀도를 나타낸다. 각 랜드스케이프는, 각각의 도 8a, 8b, 8c 및 8d의 랜드스케이프(600, 602, 604 및 606)와 유사하게, 파장 범위(λmin,λmax)와 초점 범위(Zmin,Zmax)에서 CoS_Prec의 각각의 값을 나타낸다. 랜드스케이프(700 및 702)는 각각의 곡선(704 및 706)을 포함하며, 파장에 대해 최선의 콘트라스트 초점의 초점 위치를 도시한다. 랜드스케이프(700)의 레지스트 층에 대한 CoS_Prec의 값으로부터, 제어기(24)는 영역(708 및 710)을 식별했고, 여기서 CoS_Prec는 미리 설정된 한계 L7 미만의 값을 포함한다. 유사하게, 랜드스케이프(702) 내의 프로세스 층에 대한 CoS_Prec의 값으로부터, 제어기(24)는 영역(712, 714, 및 716)을 식별했고, 여기서 CoS_Prec는 미리 설정된 한계 L8 미만의 값을 포함한다.
측정 조건 선택
계측 레시피, 즉, 오버레이 계측 동안 장치(10)의 다양한 파라미터(예컨대, 초점, 파장, 편광)의 설정은 계측 결과의 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 장치(10)의 사용자는 예를 들어, 안정성 및 정확도와 같은 상이한 인자 사이의 원하는 균형에 도달하기 위해 변할 측정 조건을 선택할 수 있다. 도 4 내지 9에 예시된 계측 결과의 층 특유 특성화는 사용자의 특정 목표를 염두에 두고 측정 조건을 선택할 수 있는 정교한 도구 세트를 사용자에게 제공한다. 이들 도구의 사용을 예시하는 2개의 예시적인 실시예가 아래에 주어진다.
실시예 1 - 이 실시예에서, 메트릭 M1은 모든 측정 사이트 및 모든 편광에 대해 랜드스케이프(600, 602, 및 606)(도 8a 내지 8d) 및 랜드스케이프(700 및 702)(도 9a 및 9b)로부터 각 층에 대해 제어기(24)에 의해 계산된다:
메트릭 및 그 성분의 변수는 파장 λ, 초점 좌표 Z, 조명의 편광 상태 P 및 층 L(레지스트 층 또는 프로세스 층)이다. AVGN은 N개의 측정된 사이트에 대한 평균을 나타내며, 3σN은 N개의 사이트에 대한 표준 편차의 3배를 나타내며, AVGN 및 3σN은 사이트 전체의 랜드스케이프와 편광에 대한 프로세스 변화의 영향을 고려한다. 간결함을 위해 정밀도는 "Prec"로 표시되었다.
메트릭 M1은 CoS_TIS를 그 기여자(contributor)로서 구성하므로, 메트릭 M1은 측정의 정확도(도구로 인한 오차)를 평가하는 데 가중화된다. M1(λ,Z,P,L) < LIMIT(M1)인 측정 조건을 찾아냄으로써 - 여기서 LIMIT(M1)은 M1에 대해 미리 정의된 한계임 -, 측정된 오버레이 오차는 도구로 인한 최소 오차(minimal tool-induced error)를 나타낼 것이다.
2개의 조명기(15 및 17)(도 1)를 갖는 장치(10)의 경우, 측정 조건은 층 특유 메트릭 M1을 사용하여 각 층에 대해 독립적으로 최적화될 수 있다. 장치(10)가 단지 하나의 조명기를 포함한다면, 2개의 층에 대한 측정 조건들 사이의 절충안이 발견될 것이다. 예를 들어, 단일 조명 장치에 대한 가능한 요건은:
M1(λ,Z,P,L레지스트)+ M1(λ,Z,P,L프로세스) < LIMIT'(M1)이며,
여기서 L레지스트 및 L프로세스는 각각 레지스트 층 및 프로세스 층을 나타내고 LIMIT'(M1)은 (또 다른) 미리 정의된 한계이다.
CoS_TIS가 도구에 대한 일정한 보정 인자라면, CoS_TIS는 일회성 교정 절차에 의해 교정될 수 있다. 그러나 프록시 타겟의 타겟 피처의 로컬 지오메트리와 계측 도구 광학계의 광학적 응답 간의 결합으로 인해, CoS_TIS는, 웨이퍼 상의 다수의 사이트가 측정될 때 타겟마다 다를 수 있다. 이러한 종류의 CoS_TIS 변화는 웨이퍼 전반에 걸친 프로세스 변화의 결과로 발생할 수 있다.
CoS_TIS의 메트릭 M1에 대한 기여는 각각의 애퍼처 조립체(36, 37)의 애퍼처의 측배향 시프트에 의해 층들 각각에 대해 감소될 수 있다.
실시예 2 - 이 실시예에서, 메트릭 M2는 메트릭 M1에 대해서와 동일한 랜드스케이프를 사용하여 각 층에 대해 제어기(24)에 의해 계산된다. 그러나 메트릭 M2의 공식화는 메트리 M1의 공식화와는 다르다:
메트릭 M2는 CoS_COR 및 CoS_TIS 둘 다의 (제2) 도출을 포함하므로, 메트릭 M2는 오버레이 오차 측정 중 CoS의 안정성을 나타낸다. 따라서 M2(λ,Z,P,L) < LIMIT(M2)를 요구함으로써 - 여기서 LIMIT(M2)는 M2에 대해 미리 정의된 한계임 -, 측정된 오버레이 오차는 높은 수준의 안정성을 나타낼 것이므로 측정된 오버레이 오차의 정확한 교정과 견고한 오버레이 계측을 지원할 수 있다.
메트릭 M2에 대해, M1에 대해서와 동일한 변수가 사용된다: AVGN 및 3σN은 메트릭 M1에 대해서와 마찬가지로 N개의 사이트에 적용된다. 하나 또는 두 개의 조명 장치를 갖는 조명 조립체(16)의 구성에 따라 메트릭 M2에도 M1에 대해서와 마찬가지로 유사한 고려 사항이 적용된다.
대안적으로 또는 부가적으로, 상이한 사용자-특유 요건을 반영하기 위해 랜드스케이프(600, 602, 604, 및 606) 및 랜드스케이프(700 및 702)로부터의 데이터를 사용하여 다른 메트릭이 생성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 애퍼처 오프셋의 함수로서 CoS_TIS의 변화를 개략적으로 예시하는 플롯(800)이다.
플롯(800)은 애퍼처 조립체(36)의 애퍼처 중 하나의 측배향 오프셋 AO에 대해 장치(10)를 사용해 측정된 4개의 측정 사이트(n=1,...,4)에 대한 CoS_TIS의 변화를 도시한다. 상이한 사이트에 대한 각각의 CoS_TIS 값은 라인(802)으로서 도시된다. 층 콘트라스트, 피처 지형, 초점 변화, 사이트 기울기 및 프로세스 변화와 같은 4개의 사이트에 걸친 변화로 인해, 라인(802)은 다양한 오프셋 및 경사를 갖는다. 4개의 사이트에 대한 CoS_TIS의 평균, 즉, AO의 함수로서의 AVG(CoS_TIS)는 라인(804)으로서 도시된다.
4개의 측정 사이트에 걸쳐, CoS_TIS의 최적(최소) 변화, 즉, 3σ(CoS_TIS)1는 애퍼처 오프셋 AO1에서 발견되며 CoS_TIS = CoS_TIS1이 된다. AO1의 비영(non-zero) 값은 웨이퍼(12)와 이미징 조립체(14) 사이에 전체적인 각도 정렬 오차가 있음을 나타낸다.
AO1보다 더 큰 애퍼처 오프셋을 선택하면 AVG(CoS_TIS)는 감소하지만 3σ(CoS_TIS)는 증가하여 AVG(CoS_TIS)와 3σ(CoS_TIS) 사이의 최적화 기회를 나타낸다. 도 1의 장치(10)에서와 같이 독립적인 광원 및 애퍼처 조립체를 사용하면 각 층에 대해 AVG(CoS_TIS)와 3σ(CoS_TIS) 사이의 독립적인 최적화가 가능하다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따라 AIMTM 프록시 타겟(152)의 타겟 피처의 측벽 비대칭을 특성화하기 위한 초점의 함수로서 CoS의 적용을 개략적으로 예시한다.
도 11a는 AIMTM 프록시 타겟(152)(도 3에 도시됨)의 이미지이며, 윤곽선은 x축을 따라 배향된 레지스트 격자(162) 및 프로세스 층 격자(164) 주위에 표시되어 있다. 격자(162 및 164)의 각각의 격자 바(902 및 904)는 y축을 따라 배향된다.
도 11b는 도 11a의 라인(908a 및 908b)을 따라 프로세스 층 격자(164)로부터 취해진 격자 바(904a 및 904b)의 개략적 단면도이다. 두 개의 단면도를 함께 도시하기 위해, 격자 바와 x축을 따른 그것들의 상호 분리는 동일한 축척으로 도시되지 않는다.
예를 들어, 비대칭 에칭과 같은 반도체 제조 프로세스의 비대칭 프로세스 효과로 인해, 격자 바(904)는 도 11b에 도시된 바와 같이 비대칭 지형 구조를 갖는다: 격자 바(904a)의 좌측 측벽(910a)은 xy-평면에 수직인 반면, 우측 측벽(912a)은 xy-평면과 비스듬한 각도로 만난다. 유사하게, 격자 바(904b)의 좌측 측벽(910b)은 xy-평면에 수직인 반면, 격자 바의 우측 측벽(912b)은 비스듬한 각도로 xy-평면과 만난다. 프록시 타겟(152)은 일반적으로 선형 치수가 수십 마이크론 이하인 작은 영역을 차지하기 때문에, 격자(164)의 모든 바(904)는 도 11b에 도시된 바와 같이 동일한 비대칭을 나타낸다. 격자 바의 비대칭은 초점에 대해 격자(164)의 CoS를 시프트하고, 따라서 초점의 함수로서 CoS의 변화는 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 비대칭을 특성화하는 데 활용될 수 있다.
격자 바(904a 및 904b)의 비대칭(및 그에 따른 모든 격자 바(902 및 904)의 비대칭)을 특성화하기 위해, 제어기(24)는 Z축(926)에 표시된 초점 위치에서 3개의 초점 단계(920, 922, 및 924)에서 카메라 CAM1 및 CAM2에 의해 획득된 격자(164)의 3개의 이미지를 판독한다. 제어기(24)는 테이블(26)의 z 방향으로의 이동 및/또는 액추에이터(58 및 60)에 의한 카메라의 이동에 의해 콘트라스트 초점(도 6a 및 도 6b)을 사용하여 카메라 CAM1 및 CAM2를 웨이퍼(12) 상에 포커싱한다. 3개의 초점 단계(920, 922 및 924) 모두에서, CAM1은 격자(162) 상의 고정된 xy-평면 위치 Z = Z0에 포커싱되고 이 고정된 초점에서 격자(162)에 정합된다. 따라서 이 Z 좌표 Z0은 측정을 위한 "앵커 초점"을 형성한다.
3개의 초점 단계(920, 922 및 924)에서, CAM2는 각각 Z 좌표 Z1, Z2, 및 Z3을 가지며 xy-평면에 포커싱된다. 이미지 획득 동안, 두 카메라 CAM1 및 CAM2 모두는 제1 격자 정합 단계(206)(도 4)에서와 같이 투사된 격자(154, 156, 158 및 160)에 정합되어 카메라들 사이의 알려진 측배향 정합(xy-평면에서의 정합)을 보장한다. CAM1로부터 판독된 이미지로부터, 제어기(24)는 도 11b에서 포인트(928)로 개략적으로 표시된 격자(164)의 CoS를 계산하고 그것을 메모리(25)에 저장한다. 3개의 초점 위치에서 CAM2로부터 판독된 3개의 이미지로부터, 제어기(24)는 포인트(930, 932, 및 934)로서 개략적으로 표시된 3개의 각각의 CoS-값을 계산하고 메모리(25)에 저장한다. 제어기(24)에 의해 포인트(928, 930, 932, 934)에 피팅된 곡선(936)은 초점에 대한 CoS의 시프트를 나타내며, 따라서 격자 바(902 및 904)의 단면 비대칭의 측정값이다. 곡선(936)은 직선 또는 고차 곡선일 수 있다.
전술된 방법은 y 방향으로 배향된 프로세스 층 격자(164)에뿐만 아니라 이들의 단면 비대칭을 특성화하기 위해 x 방향 및 y 방향 둘 다로 배향된 레지스트 격자(162)에 유사하게 적용될 수 있다. 생산 웨이퍼에 대해 수행된 실제 오버레이 측정은 이러한 비대칭의 결과로 발생할 수 있는 명백한 CoS 시프트를 설명하기 위해 보정될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 초점에 대한 CoS는 예를 들어, CAM1과 같은 하나의 카메라만을 사용하여 측정된다. 이러한 종류의 측정을 위해, CAM1은 4개의 초점 위치 Z0, Z1, Z2, 및 Z3을 통해 포커싱되고 격자(164)의 이미지는 제어기(24)에 의해 CAM1로부터 각 초점 위치에서 판독되어 메모리(25)에 저장된다. 제어기(24)는 이제 메모리(25)에 저장된 이미지로부터 각각의 CoS 값을 계산하고, 2대의 카메라의 측정에 대해 전술된 바와 같이 초점에 대한 CoS를 계산한다. 단일 카메라 측정 방법은 고정된 피처에 대한 앵커링 및 상호 카메라 정합이 구현될 수 없기 때문에 이전에 설명된 두 대의 카메라 방법보다 장치(10)의 기계적 안정성에 더 민감하다.
전술된 방법은 4개의 초점 위치("앵커" 위치 Z0 및 3개의 초점 위치 Z1, Z2, 및 Z3)를 사용하여 구현되지만, 더 작거나 더 많은 수의 초점 위치가 대안적으로 사용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 오버레이 프록시 타겟에서 타겟 피처의 비대칭을 모니터링하기 위한 이미지 신호의 상관관계의 사용을 개략적으로 예시하는 플롯의 시퀀스이다. 전술된 바와 같이, 비대칭 에칭과 같은 반도체 제조 프로세스의 비대칭 프로세스 효과는 오버레이 프록시 타겟의 타겟 피처가 비대칭 단면을 갖게 할 수 있다. 본 실시예는 반도체 제조 프로세스를 모니터링하기 위해 (심지어 이러한 비대칭을 정량화하지 않고도) 이러한 비대칭의 모니터링을 활용한다.
도 12는 도 11b에서와 같은 격자 바(904a)의 단면도를 도시한다. 제어기(24)는 예를 들어, CAM1로부터 바(904a)의 획득된 이미지를 판독하고 이미지를, 메모리(25)에 저장되는 이미지 신호로 변환한다. 곡선(608)(도 8a)을 따른 이미지 신호의 일부는 도 12에서 곡선(1002)으로서 도시된다. 곡선(1002)의 이미지 신호로부터, 제어기(24)는 이미지 신호를 z축 주위로 반사함으로써 반사 이미지 신호를 생성하며, 반사 이미지 신호는 곡선(1004)으로서 도시된다.
제어기(24)는 2개의 상관관계 곡선(1006 및 1008)을 계산한다: 상관관계 곡선(1006)은 곡선(1002)의 자기 상관관계(자신과의 상관관계)인 반면, 상관관계 곡선(1008)은 곡선(1002)과 곡선(1004) 사이의 교차 상관관계이다. 곡선(1006)은 Cauto max의 최댓값을 갖는 반면, 곡선(1008)은 Ccross max의 최댓값을 갖는다. 곡선(1002)의 비대칭으로 인해, Ccross max　< Cauto max가 된다. 교차 상관관계 곡선(1008)의 최댓값 Ccross max와 자기 상관관계 곡선(1006)의 최댓값 Cauto max의 비교는 이미지 신호(1002)의 비대칭의, 그리고 따라서 오버레이 프록시 타겟에서 타겟 피처의 비대칭 단면 프로파일을 야기하는 프로세스 효과의 측정치로서 사용될 수 있다.
바(904a)의 이미지와 같은 오버레이 프록시 타겟의 타겟 피처의 이미지는, 웨이퍼(12)의 조명의 가변 파장 및/또는 편광 및/또는 상이한 초점 설정과 같은 장치(10)의 가변 작동 조건하에서 획득될 수 있다. 이러한 작동 조건 중 하나 이상의 함수로서 비율 Ccross max/Cauto max의 변화는 "상관관계 랜드스케이프"를 생성할 것이며, 이는 프로세스를 실행하는 동안 반도체 제조 프로세스를 모니터링하기 위해 추가로 활용될 수 있다. 예를 들어, 두 상관관계 최댓값의 비율 Ccross max/Cauto max가 0.8과 같은 미리 설정된 한계 아래로 떨어지면, 허용할 수 없는 프로세스 변화를 나타내는 데 사용될 수 있다.
전술된 방법은 단면 비대칭을 특성화하기 위해, y 방향으로 배향된 프로세스 층 격자(164)에뿐만 아니라 x 방향 및 y 방향 둘 다로 배향된 레지스트 격자(162)에 유사하게 적용될 수 있다.
전술된 실시예는 최적의 오버레이 계측 레시피를 결정하기 위해 개별적으로 또는 조합하여 활용될 수 있으며, 이는 오버레이 오차의 측정을 위해 런타임에 강력한 오버레이 측정 조건을 제공한다. 이러한 레시피는 초점, 파장, 편광, 조명 조건 및 대물렌즈 동공 제어의 최적 설정을 명시한다. 프로세스 층과 레지스트 층에 각각 다른 조건이 적용될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어, 초점에 대한 CoS의 변화에 관한 전술된 측정 기술에 의해 제공된 정보는 제어기(24)에 의해 오버레이 계측 알고리즘을 향상시키는데 활용될 수 있다. 전술된 방법은 다수의 쌍의 층들 사이의 오버레이 오차를 동시에 측정하기 위한 추가 조명 및 수집 채널로 더 일반화될 수 있다.
위에서 설명된 실시예들은 예로서 인용되었으며, 본 발명은 위에서 특별히 도시되고 설명된 것에 제한되지 않음이 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 전술된 다양한 피처의 조합 및 하위 조합뿐만 아니라, 전술된 설명을 읽을 때 당업자에게 일어날 수 있고 선행 기술에 개시되지 않은 변형 및 수정을 둘 다 포함한다.

Claims (34)

  1. 계측을 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 제1의 패터닝된 층 및 제2의 패터닝된 층이 위에 연속적으로 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하는 단계 - 상기 반도체 웨이퍼는 상기 제1의 패터닝된 층 내의 제1 타겟 피처(target feature) 및 상기 제1 타겟 피처 상에 오버레이(overlay)된, 상기 제2의 패터닝된 층 내의 제2 타겟 피처를 포함함 - ;
    상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 이미지의 시퀀스를, 상기 시퀀스에 걸쳐 하나 이상의 이미징 파라미터를 변화시키면서 캡처(capture)하는 단계;
    상기 이미지에서 상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 각각의 대칭 중심을 식별하고, 상기 변화하는 이미징 파라미터의 함수로서 상기 대칭 중심에서의 변화를 측정하기 위해 상기 시퀀스 내의 상기 이미지를 프로세싱하는 단계; 및
    상기 제1의 패터닝된 층과 상기 제2의 패터닝된 층 사이의 오버레이 오차를 측정할 시에 상기 변화를 적용하는 단계
    를 포함하는, 계측을 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 패터닝된 층은 프로세스 층을 포함하고, 상기 제2의 패터닝된 층은 상기 프로세스 층 위에 퇴적된 레지스트 층을 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 상호 정합(mutual registration)인 제1 카메라 및 제2 카메라를 사용하여 상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 제1 이미지 및 제2 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 상기 이미지를 프로세싱하는 단계는 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교함으로써 상기 대칭 중심에서의 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 캡처하는 단계는 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라를 향해 정합 이미지를 투사하고, 상기 정합 이미지에 대해 상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라를 정합하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 정합 이미지를 투사하는 단계는 격자 패턴을 생성하고 상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 이미지와 함께 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라 내의 각각의 검출기 어레이 상에 투사하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 캡처하는 단계는 상기 이미징 파라미터 중 상기 하나 이상을 상기 제1 이미지에서의 제1 설정으로 그리고 상기 제2 이미지에서의 제2 설정으로 설정하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 이미징 파라미터 중 상기 하나 이상을 설정하는 단계는, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라를 상이한 각각의 제1 초점 위치 및 제2 초점 위치로 설정하고, 상기 제1 초점 위치 및 상기 제2 초점 위치의 함수로서 상기 대칭 중심의 변화를 측정하기 위해 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라를 상기 제1 초점 위치 및 상기 제2 초점 위치의 각각의 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 통해 스텝핑(stepping)하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 초점 위치와 상기 제2 초점 위치는 일정한 초점 거리 ΔZ만큼 분리되고, 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 각 단계에서 상기 제1 초점 위치와 상기 제2 초점 위치는 둘 다 ΔZ만큼 증가되는 것인, 계측을 위한 방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 조명 빔은 상이한 각각의 제1 편광 상태 및 제2 편광 상태에 있는 제1 조명 빔 및 제2 조명 빔을 포함하고, 상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지를 캡처하는 단계는 편광 빔스플리터를 적용하여 상기 제1 편광 상태에 있는 상기 반도체 웨이퍼로부터 반사된 광을 상기 제1 카메라를 향해 지향시키고 상기 제2 편광 상태에 있는 상기 반도체 웨이퍼로부터 반사된 광을 상기 제2 카메라를 향해 지향시키는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 상이한 이미징 파라미터에서 상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 상기 이미지를 프로세싱하는 단계는 상기 이미징 파라미터의 함수로서 상기 대칭 중심에서의 변화를 측정하는 단계를 포함하며, 상기 이미징 파라미터는 초점 설정, 파장, 또는 편광 상태인 것인, 계측을 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 상기 적어도 하나의 조명 빔의 적어도 하나의 애퍼처의 복수의 상이한 오프셋에서 상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 상기 이미지를 프로세싱하는 단계는 상기 애퍼처의 오프셋의 함수로서 상기 대칭 중심에서의 변화를 측정하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 카메라에 대해 상기 반도체 웨이퍼의 상이한 각도 배향에서 상기 카메라를 사용하여 상기 제1 타겟 피처와 상기 제2 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 상기 이미지를 프로세싱하는 단계는 상기 각도 배향의 함수로서 상기 대칭 중심의 도구로 인한 시프트(tool-induced shift)를 측정하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 측정된 변화를 적용하는 단계는 상기 측정된 변화에 응답하여, 상기 하나 이상의 이미징 파라미터의 최적 범위를 찾고, 상기 하나 이상의 이미징 파라미터를 상기 최적 범위 내의 값으로 설정함으로써 상기 오버레이 오차를 측정하기 위한 레시피를 생성하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계는 상기 반도체 웨이퍼 상의 복수의 상이한 위치에서 다수의 타겟 피처의 이미지를 캡처하는 단계를 포함하고, 상기 최적 범위를 찾는 단계는 상기 반도체 웨이퍼의 영역에 걸쳐 최적인 범위를 선택하기 위해 상기 상이한 위치에서 측정된 상기 변화를 적용하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 이미지를 프로세싱하는 단계는 상기 타겟 피처 중 적어도 하나의 비대칭을 측정하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  16. 계측을 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 하나의 패터닝된 층이 위에 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하는 단계 - 상기 반도체 웨이퍼는 미리 정의된 축에 평행하게 배향된 복수의 바(bar)를 포함하는 격자를 포함함 - ;
    상기 격자의 하나 이상의 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 축에 관한 상기 바 중 하나 이상의 비대칭을 특성화하기 위해 상기 하나 이상의 이미지를 프로세싱하는 단계; 및
    상기 특성화된 비대칭을 상기 패터닝된 층의 계측적 평가를 할 시에 적용하는 단계
    를 포함하는, 계측을 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 이미지를 캡처하는 단계는 상이한 초점 설정에서 상기 격자의 이미지의 시퀀스를 캡처하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 이미지를 프로세싱하는 단계는 상기 초점 설정의 함수로서 상기 이미지 내의 상기 격자의 대칭 중심에서의 변화를 측정하고, 상기 측정된 변화에 기초하여 상기 비대칭을 특성화하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 이미지를 프로세싱하는 단계는 상기 바 중 상기 하나 이상의 이미지와 상기 이미지의 반사된 버전 사이의 상관관계를 계산하고, 상기 상관관계로부터 상기 비대칭의 측정치(measure)를 도출(derive)하는 단계를 포함하는 것인, 계측을 위한 방법.
  19. 광학적 검사 장치에 있어서,
    적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 제1의 패터닝된 층 및 제2의 패터닝된 층이 위에 연속적으로 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하도록 구성된 조명 조립체 - 상기 반도체 웨이퍼는 상기 제1의 패터닝된 층 내의 제1 타겟 피처 및 상기 제1 타겟 피처 상에 오버레이된, 상기 제2의 패터닝된 층 내의 제2 타겟 피처를 포함함 - ;
    상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 이미지의 시퀀스를 캡처하도록 구성된 이미징 조립체; 및
    상기 시퀀스에 걸쳐 상기 장치의 하나 이상의 이미징 파라미터를 변화시키고, 상기 이미지에서 상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 각각의 대칭 중심을 식별하고 상기 변화하는 이미징 파라미터의 함수로서 상기 대칭 중심에서의 변화를 측정하기 위해 상기 시퀀스 내의 상기 이미지를 프로세싱하며, 상기 제1의 패터닝된 층과 상기 제2의 패터닝된 층 사이의 오버레이 오차를 측정할 시에 상기 변화를 적용하도록 구성된 제어기
    를 포함하는, 광학적 검사 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 이미징 조립체는 상호 정합이고 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 제1 이미지 및 제2 이미지를 캡처하도록 구성된 제1 카메라 및 제2 카메라를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교함으로써 상기 대칭 중심에서의 변화를 측정하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 이미징 조립체는 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라를 향해 정합 이미지를 투사하도록 구성된 투사기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 정합 이미지에 대해 상기 제1 카메라 및 제2 카메라를 정합하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 투사기는 격자 패턴을 생성하고 상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 이미지와 함께 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라 내의 각각의 검출기 어레이 상에 투사하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 제어기는 상기 이미징 파라미터 중 상기 하나 이상을 상기 제1 이미지에서의 제1 설정으로 그리고 상기 제2 이미지에서의 제2 설정으로 설정하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라를 상이한 각각의 제1 초점 및 제2 초점 위치로 설정하고, 상기 초점 위치의 함수로서 상기 대칭 중심의 변화를 측정하기 위해 상기 제1 초점 위치 및 상기 제2 초점 위치의 각각의 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 통해 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라를 스텝핑하도록 구성되며, 상기 제1 초점 위치 및 상기 제2 초점 위치는 일정한 초점 거리 ΔZ만큼 분리되고, 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 각 단계에서 상기 제1 초점 위치와 상기 제2 초점 위치는 둘 다 ΔZ만큼 증가되는 것인, 광학적 검사 장치.
  25. 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 조명 빔은 상이한 각각의 제1 편광 상태 및 제2 편광 상태에 있는 제1 조명 빔 및 제2 조명 빔을 포함하고, 상기 이미징 조립체는, 상기 제1 편광 상태에 있는 상기 반도체 웨이퍼로부터 반사된 광을 상기 제1 카메라를 향해 지향시키고 상기 제2 편광 상태에 있는 상기 반도체 웨이퍼로부터 반사된 광을 상기 제2 카메라를 향해 지향시키도록 구성된 편광 빔스플리터를 포함하는 것인, 광학적 검사 장치.
  26. 제19항에 있어서, 상기 이미징 조립체는 상이한 이미징 파라미터에서 상기 제1 타겟 피처 및 상기 제2 타겟 피처의 이미지를 캡처하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 이미징 파라미터의 함수로서 상기 대칭 중심에서의 변화를 측정하도록 구성되며, 상기 이미징 파라미터는 초점 설정, 파장, 또는 편광 상태인 것인, 광학적 검사 장치.
  27. 제19항에 있어서, 상기 조명 조립체는 상기 적어도 하나의 조명 빔의 적어도 하나의 애퍼처를 포함하고, 상기 이미징 조립체는 상기 적어도 하나의 애퍼처의 다수의 상이한 오프셋에서 상기 제1 타겟 피처와 상기 제2 타겟 피처의 이미지를 캡처하도록 구성되며, 상기 제어기는 상기 애퍼처의 오프셋의 함수로서 상기 대칭 중심에서의 변화를 측정하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  28. 제19항에 있어서, 상기 이미징 조립체는 상기 제1 타겟 피처와 상기 제2 타겟 피처의 이미지를 상기 이미징 조립체에 대해 상기 반도체 웨이퍼의 상이한 각도 배향에서 캡처하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 각도 배향의 함수로서 상기 대칭 중심의 도구로 인한 시프트를 측정하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  29. 제19항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 측정된 변화에 응답하여, 상기 하나 이상의 이미징 파라미터의 최적 범위를 찾고, 상기 하나 이상의 이미징 파라미터를 상기 최적 범위 내의 값으로 설정함으로써 상기 오버레이 오차를 측정하기 위한 레시피를 생성하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 이미징 조립체는 상기 반도체 웨이퍼 상의 다수의 상이한 위치에서 다수의 타겟 피처의 이미지를 캡처하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 반도체 웨이퍼의 영역에 걸쳐 최적인 범위를 선택하기 위해 상기 다수의 상이한 위치에서 측정된 상기 변화를 적용함으로써 상기 최적 범위를 찾도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  31. 제19항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제1 타겟 피처와 상기 제2 타겟 피처 중 적어도 하나의 비대칭을 측정하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  32. 광학적 검사 장치에 있어서,
    적어도 하나의 조명 빔을 지향시켜 적어도 하나의 패터닝된 층이 위에 퇴적된 반도체 웨이퍼를 조명하도록 구성된 조명 조립체 - 상기 반도체 웨이퍼는 미리 정의된 축에 평행하게 배향된 복수의 바를 포함하는 격자를 포함함 - ;
    상기 격자의 하나 이상의 이미지를 캡처하도록 구성된 이미징 조립체; 및
    상기 축에 관한 상기 바 중 하나 이상의 비대칭을 특성화하고 상기 특성화된 비대칭을 상기 패터닝된 층의 계측적 평가를 할 시에 적용하기 위해 상기 하나 이상의 이미지를 프로세싱하도록 구성된 제어기
    를 포함하는, 광학적 검사 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 이미징 조립체는 상이한 초점 설정에서 상기 격자의 이미지의 시퀀스를 캡처하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 초점 설정의 함수로서 상기 이미지 내의 상기 격자의 대칭 중심에서의 변화를 측정하고, 상기 측정된 변화에 기초하여 상기 비대칭을 특성화하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
  34. 제32항에 있어서, 상기 제어기는 상기 바 중 상기 하나 이상의 이미지와 상기 이미지의 반사된 버전 사이의 상관관계를 계산하고, 상기 상관관계로부터 상기 비대칭의 측정치를 도출하도록 구성되는 것인, 광학적 검사 장치.
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