KR20230170905A - 멀티-해상도 오버레이 계측 타깃 - Google Patents
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Abstract
제품은 적어도 하나의 반도체 기판, 적어도 하나의 기판 상에 배치된 다수의 박막층들, 및 박막층들 중 적어도 하나에 형성된 오버레이 타깃을 포함한다. 오버레이 타깃은 제1 대칭 중심을 갖고 제1 선폭을 갖는 제1 타깃 피처들을 포함하는 제1 서브-타깃, 및 제1 대칭 중심과 일치하는 제2 대칭 중심을 갖고, 제1 선폭보다 큰 제2 선폭을 갖고 제1 타깃 피처들에 인접하지만 이와 중첩되지 않는 제2 타깃 피처들을 포함하는 제2 서브-타깃을 포함한다.
Description
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 출원은 2021년 4월 20일에 출원된 미국 임시 특허출원 No. 63/176,888의 이익을 주장한다.
[발명의 기술분야]
본 발명은 대체로 반도체 디바이스의 제조에 관한 것으로, 특히 반도체 회로 계측을 위한 방법 및 타깃 피처(target feature)에 관한 것이다.
반도체 회로는 보통 포토리소그래피 방법을 사용하여 제조된다. 포토리소그래피에서는 감광성 폴리머(photosensitive polymer)(포토레지스트(photoresist))의 얇은 층이 반도체 기판 위에 성막되고 광 방사선 또는 기타 방사선을 사용하여 패터닝되어 포토레지스트로 덮힌 기판의 부분들이 남는다. 패터닝 후, 기판은 재료 특성 또는 기판의 토포그래피(topography)를 변경하기 위해 에칭 및 이온 충격(ion bombardment)과 같은 방법으로 수정되는 한편, 포토레지스트로 덮힌 기판 부분들은 영향을 받지 않는다.
반도체 회로 계측은 패터닝된 피처들의 토포그래피 및 위치와 같은 패터닝된 포토레지스트의 특성을 측정하기 위해 사용된다. 이전 프로세스 층들에 대한 포토레지스트의 패터닝된 피처들의 정확한 위치는 포토리소그래피 프로세스의 높은 수율을 보장하기 위해 중요하다. 밑에 있는 프로세스 층에 대한 패터닝된 포토레지스트의 정합(registration)에 있어서의 오차(오정합(misregistration))를 "오버레이 오차(overlay error)"라고 한다. 예로서, 최소 선폭이 10 내지 14 nm(소위 10-nm 설계 규칙)인 일반적인 반도체 회로에서 최대 허용가능 오버레이 오차는 2 내지 3 nm이다. 최첨단 반도체 회로에서 선폭은 5 nm로 줄어들고 있으며 최대 허용가능 오버레이 오차에서의 감소도 함께 수반된다.
오버레이 오차는 보통 광학 오버레이 계측 도구를 사용하여 측정된다. 가시광선 및 적외선 파장의 광 방사선은 포토레지스트 층뿐만 아니라 포토레지스트 아래의 유전체 층도 관통할 수 있기 때문이다. 또한, 적외선 파장은 실리콘과 같은 반도체 기판을 뚫고 들어갈 수 있어 기판을 관통한 계측을 가능하게 한다. KLA 코퍼레이션(미국 캘리포니아주 밀피타스)의 ArcherTM-시리즈 도구와 같은 광학 오버레이 계측 도구는 반도체 기판의 스크라이브 라인(scribe line)들(상기 라인들은 인접한 다이(die)들을 분리함)에 위치된 오버레이 타깃(예를 들어, KLA의 AIMTM 오버레이 타깃)을 이미지화한다. 이미지 분석 알고리즘이 프로세스 층에서의 타깃 피처들의 대칭 중심(center of symmetry, CoS) 및 패터닝된 포토레지스트 층에서의 타깃 피처들의 CoS의 위치를 찾기 위해 획득된 이미지들에 적용된다. 오버레이 오차는 두 층의 타깃 피처들의 대칭 중심들 간의 거리로 계산된다.
미국 특허 No. 7,440,105는 오버레이 오차를 결정하기 위한 오버레이 마크(mark) 및 방법을 기술하고 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 이 특허의 일 양태는 연속적으로 변화하는 오프셋 마크(offset mark)에 관한 것이다. 연속적으로 변화하는 오프셋 마크는 포지션(position)의 함수로서 변하는 오프셋을 갖는 오버레이되는(overlaid) 주기적 구조들을 포함하는 단일 마크이다. 예로서, 주기적 구조들은 피치(pitch)와 같은 격자 특징의 상이한 값들을 갖는 격자들에 대응할 수 있다. 상기 특허의 또 다른 양태는 연속적으로 변화하는 오프셋 마크로부터 오버레이 오차를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 설명 및 특허청구범위에서 사용된 용어 "광선(optical rays)", "광 방사선(optical radiation)", "광(light)" 및 "방사선 빔(beams of radiation)"은 대체로 가시광선, 적외선 및 자외선 방사선 중 임의의 것 및 이들 모두를 의미한다.
아래에서 설명되는 본 발명의 실시예는 반도체 회로 계측을 위한 개선된 타깃 피처 및 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 반도체 기판, 적어도 하나의 기판 상에 배치된 다수의 박막층들, 및 박막층들 중 적어도 하나에 형성된 오버레이 타깃을 포함하는 제품이 제공된다. 오버레이 타깃은 제1 대칭 중심을 갖고, 제1 선폭을 갖는 제1 타깃 피처(target feature)들을 포함하는 제1 서브-타깃(sub-target), 및 제1 대칭 중심과 일치하는 제2 대칭 중심을 갖고, 제1 선폭보다 큰 제2 선폭을 갖고 제1 타깃 피처들에 인접하지만 이와 중첩되지 않는 제2 타깃 피처들을 포함하는 제2 서브-타깃을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 서브-타깃은 적어도 하나의 반도체 기판의 제1 영역 위에 연장되고, 제2 서브-타깃은 적어도 하나의 반도체 기판의 제2 영역 위에 연장되며, 제2 영역은 제1 영역보다 크고 제1 영역을 포함한다. 추가적으로, 제1 서브-타깃은 제2 서브-타깃에 의해 둘러싸인다.
추가 실시예에서, 다수의 박막층들은 제1 층 및 제1 층 상에 오버레이되는 제2 층을 포함하고, 제1 타깃 피처들은 제1 층에 형성되는 제1 타깃 피처들의 제1 세트 및 제2 층에 형성되는 제1 타깃 피처들의 제2 세트를 포함하고, 제2 타깃 피처들은 제1 층에 형성되는 제2 타깃 피처들의 제3 세트 및 제2 층에 형성되는 제2 타깃 피처들의 제4 세트를 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 타깃 피처들은 선형 격자(linear grating)들을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 타깃 피처들의 제1 세트는 제1 층에 제1 선형 격자들을 포함하고, 제1 타깃 피처들의 제2 세트는 제2 층에 제2 선형 격자들을 포함하고, 여기서 각각의 제1 선형 격자는 제2 선형 격자에 인접하지만 이와 중첩되지 않고, 제2 타깃 피처들의 제3 세트는 제1 층에 제3 선형 격자들을 포함하고, 제2 타깃 피처들의 제4 세트는 제2 층에 제4 선형 격자들을 포함하고, 여기서 각각의 제3 선형 격자는 제4 선형 격자에 인접하지만 이와 중첩되지 않는다.
또한 추가 실시예에서, 제1 서브-타깃 및 제2 서브-타깃의 각각에 있는 선형 격자들은 제1 배향을 갖는 제1 선형 격자들 및 상기 제1 배향에 직교하는 제2 배향을 갖는 제2 선형 격자들을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 타깃 피처들은 선형 피처들을 포함한다. 일 실시예에서, 선형 피처들은 선형 격자들을 정의하도록 배열된다. 대안적으로, 선형 피처들은 정사각형 프레임(square frame)들을 정의하도록 배열되되, 제1 서브-타깃의 정사각형 프레임들이 제2 서브-타깃의 정사각형 프레임들 내에 포함되도록 배열된다.
추가 실시예에서, 제1 및 제2 타깃 피처들은 개개의 정사각형 피처(square feature)들의 매트릭스(matrix)들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법이 또한 제공된다. 방법은 적어도 하나의 반도체 기판 상에 다수의 박막층들을 성막하고 패터닝하여 박막층들 중 적어도 하나에 집적 회로 칩(chip)들의 매트릭스를 정의하고 오버레이 타깃을 형성하는 단계를 포함한다. 오버레이 타깃은 제1 대칭 중심을 갖고, 제1 선폭을 갖는 제1 타깃 피처들을 포함하는 제1 서브-타깃, 및
제1 대칭 중심과 일치하는 제2 대칭 중심을 갖고, 제1 선폭보다 큰 제2 선폭을 갖고 제1 타깃 피처들에 인접하지만 이와 중첩되지 않는 제2 타깃 피처들을 포함하는 제2 서브-타깃을 포함한다. 방법은 오버레이 타깃의 이미지들을 캡처하는 단계, 및 박막층들 간의 오버레이 오차를 측정하기 위해 이미지들을 프로세싱하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 이미지들을 캡처하는 단계는 제1 시야를 갖는 제1 검사 광학장치를 사용하여 제1 서브-타깃의 제1 이미지를 캡처하는 단계, 및 제1 시야보다 넓은 제2 시야를 갖는 제2 검사 광학장치를 사용하여 제2 서브-타깃의 제2 이미지를 캡처하는 단계를 포함한다.
추가 실시예에서, 다수의 박막층들을 성막하고 패터닝하는 것은, 제1 시야에 대응하는 적어도 하나의 반도체 기판의 제1 영역 위에 상기 제1 서브-타깃을 형성하는 단계, 및 제1 영역보다 크고 제2 시야에 대응하는 적어도 하나의 반도체 기판의 제2 영역 위에 제2 서브-타깃을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 도면과 함께 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 기판 상의 오버레이 오차를 측정하기 위한 광학 계측 장치의 개략적인 측면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 도 1a의 광학 계측 장치에서 광학 서브시스템의 개략적인 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 타깃의 개략적인 정면도이다.
도 2b 및 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 도 2a의 오버레이 타깃의 구성에 사용되는 서브-타깃들의 개략적인 정면도이다.
도 3a는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 오버레이 타깃의 개략적인 정면도이다.
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 도 3a의 오버레이 타깃의 구성에 사용되는 서브-타깃들의 개략적인 정면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 오버레이 타깃들의 개략적인 정면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 도 1a의 광학 계측 장치에서 광학 서브시스템의 개략적인 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 타깃의 개략적인 정면도이다.
도 2b 및 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 도 2a의 오버레이 타깃의 구성에 사용되는 서브-타깃들의 개략적인 정면도이다.
도 3a는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 오버레이 타깃의 개략적인 정면도이다.
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 도 3a의 오버레이 타깃의 구성에 사용되는 서브-타깃들의 개략적인 정면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 오버레이 타깃들의 개략적인 정면도이다.
개요
오버레이 계측을 위한 오버레이 타깃은 보통 반도체 기판 상의 연속적인 패터닝된 층들 간의 오버레이 오차를 정밀하고 정확하게 측정하는 데 사용된다. 이들 층은 예를 들어 프로세스 층과 레지스트 층(포토레지스트)을 포함하거나, 또는 에칭 후(after-etch) 적용에서 2 개의 프로세스 층을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 예시적인 실시예들이 프로세스 층 및 레지스트 층과 관련하여 아래에서 설명되지만, 이들 실시예의 원리는 필요한 부분을 수정하여 제1 프로세스 층 및 제2 프로세스 층에 적용될 수 있다.
일부 반도체 제조 프로세스에서는, 상당히 상이한 크기의 시야(fields of view, FOV)를 갖는 2 개의 오버레이 계측 도구가 사용된다. 예를 들어, 2 개의 실리콘 기판이 서로 본딩되는 프로세스에서, 본딩 단계 동안 2 개 기판의 상호 정렬은 IR 파장의 광 방사선이 실리콘 기판을 관통(penetrate through)하기 때문에 적외선(IR) 방사선을 포함하는 조명과, 고정된 넓은 FOV 또는 조절 가능한(줌(zoom)) FOV인 FOV를 사용하는 오버레이 도구로 측정될 수 있다. (조명의 스펙트럼은 또한 오버레이 타깃들의 피처들 중 일부가 오버레이 계측 도구를 대향하는(facing) 기판의 표면 상에 위치될 수 있으므로 가시 광 방사선을 포함할 수 있다.) 기판의 본딩 및 그라인딩(grinding)이 완료된 후, 달성된 웨이퍼-투-웨이퍼(또는 다이-투-웨이퍼) 정렬의 검증이 좁은 FOV를 갖는 가시 조명(visible illumination)에 의존하는 또 다른 오버레이 도구를 사용하여 행해질 수 있다. 대안적으로, 단일의 도구가 필요한 시야의 조합뿐만 아니라, 가시 및 IR 파장 모두를 포함하는 넓은 조명 스펙트럼을 가지고 있다면, 관통-기판(through-substrate) 오버레이 오차 측정 및 후속 검증 모두가 단일의 오버레이 계측 도구를 사용하여 수행될 수 있다. 필요한 작업 거리 및 포커싱 정확도뿐만 아니라, 조명 옵션이 2 개의 별도의 광학 계측 도구들 또는 필요한 기능을 갖춘 단일의 도구로 처리될 수 있다.
다른 반도체 프로세스에서, 2 개보다 많은 기판이 서로 본딩될 수 있다. 또 다른 프로세스에서, 개별 반도체 다이들이 기판에 본딩될 수 있다.
이미지 기반 오버레이 계측의 성능은 오버레이 타깃의 크기와 오버레이 계측 도구의 FOV 사이의 관계에 크게 의존한다: 오버레이 타깃이 FOV보다 상당히 작은 경우, 도구는 그 FOV의 일 부분만으로부터 오버레이 오차 측정 신호를 수집하므로, 측정값의 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 감소하고 개별 타깃 피처들의 해상도가 손실될 수 있다. 더욱이, 작은 오버레이 타깃의 작은 피처들은 넓은 FOV를 갖는 계측 도구의 광학 해상도에 불량하게 매칭될 가능성이 있다. 그러나 오버레이 타깃이 FOV보다 상당히 크다면, 타깃의 큰 피처들로 인해 측정에 필요한 데이터 중 일부가 캡처되는 영역 밖에 있을 수 있으므로 측정 결과가 왜곡되거나 심지어 누락될 수 있다. 예를 들어, 오버레이 타깃이 60 μm × 60 μm의 일반적인 넓은 FOV를 갖는 IR 오버레이 계측 도구와 매칭되면, 상기 타깃은 가시광선 오버레이 계측 도구의 30 μm × 30 μm의 일반적인 좁은 FOV를 과도하게 채울(overfill) 것이고, 타깃 피처들은 가시광선 도구에 대해 너무 거칠 수(coarse) 있다. 오버레이 타깃이 가시광선 계측 도구의 30 μm × 30 μm FOV에 매칭되면, IR 도구의 60 μm × 60 μm FOV 중 부분만이 사용될 것이므로, 신호 대 잡음비가 불량해질 수 있다; 더욱이 타깃 피처들은 IR 도구의 최적 해상도에 비해 너무 작을 수 있다.
가능한 해결책은 2 개의 별도의 오버레이 타깃들을 나란히(side-by-side), 하나는 넓은 FOV 도구에 매칭되고, 다른 하나는 좁은 FOV 도구에 매칭되도록 사용하는 것이다. 그러나 이 해결책은 오버레이 오차가 공간적으로 분리된 두 위치에서 측정되게 할 것이며, 그 결과들 간의 비교는 오버레이 오차가 오버레이 타깃의 공간적 위치에 의존한다는 사실로 인해 어려움을 겪을 수 있다. 더욱이 이러한 종류의 해결책은 반도체 기판 상의 가치있는 "리얼 에스테이트(real estate)"가 비효율적으로 사용되게 한다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예는 복합(composite) 오버레이 타깃을 제공함으로써 상이한 크기의 시야와 오버레이 타깃의 크기 사이의 이러한 불일치를 해결한다. 복합 오버레이 타깃은 작은 제1 서브-타깃 및 큰 제2 서브-타깃을 구비하며, 제1 서브-타깃은 제2 서브-타깃에 의해 둘러싸이고 제2 서브-타깃과 동심(concentric)이다. 제1 서브-타깃은 그것의 전체 치수와 피처 크기 측면 모두에서 좁은 FOV 오버레이 도구와 잘 매칭된다. 유사하게, 제2 서브-타깃의 치수 및 피처 크기는 넓은 FOV 오버레이 도구와 매칭된다. 따라서, 오버레이 오차가 좁은 FOV 오버레이 도구로 측정되는 경우, 상기 도구는 제1 서브-타깃의 이미지를 캡처하고 이 타깃이 제공하는 정확도로 오버레이 오차를 측정한다. 오버레이 오차가 넓은 FOV 오버레이 도구로 측정되는 경우, 전체 타깃의 이미지가 캡처된다. 넓은 FOV 오버레이 도구는 FOV 중앙에 있는 제1 서브-타깃의 부분을 무시하고 넓은 FOV에 최적화된 제2 서브-타깃으로부터만 오버레이 오차를 측정할 수 있다.
제1 서브-타깃 및 제2 서브-타깃을 동심으로 만드는 것은, 예를 들어 두 도구에서 측정된 오버레이 오차들을 직접 비교하고/하거나 두 도구들 간의 오버레이 오차 모델들을 비교함으로써, 좁은 FOV 및 넓은 FOV 오버레이 계측 도구들 간에 측정된 오버레이 오차들의 정확한 매칭을 가능하게 한다. 각각의 도구에서 측정된 오버레이 오차와 모델링된 오버레이 오차 사이의 상관관계를 별도로 고려함으로써 계측 정확도를 더욱 개선할 수 있다. 오버레이 오차 측정의 품질 메트릭(quality metric)은 각각의 도구로부터 측정된 오버레이 오차들을 검증하고 매칭하기 위해 각각의 서브-타깃으로부터 별도로 추출될 수 있다.
개시된 실시예에서, 다수의 박막층들이 하나 이상의 반도체 기판 상에 배치되고 상기 박막층들에 형성되는 오버레이 타깃들을 정의하기 위해 패터닝된다. 각각의 오버레이 타깃은 제1 및 제2 서브-타깃을 구비하며, 두 서브-타깃들의 대칭 중심은 일치한다. 두 서브-타깃들은 오버레이 타깃의 영역 내에서 서로 인접하게 형성되지만 중첩되지는 않는다. 제1 서브-타깃은 제1 선폭을 갖는 제1 타깃 피처들을 가지며, 제2 서브-타깃은 제2 선폭을 갖는 제2 타깃 피처들을 갖는다.
본 설명 및 청구범위의 맥락에서, 용어 "선폭(linewidth)"은 피처들의 좁은 가로 치수, 예를 들어 선형 피처의 길이보다는 폭을 지칭한다. ("가로(transverse)" 치수는 피처가 형성되는 박막층의 평면에서의 피처의 치수이다) 정사각형 또는 원형 피처들과 같은 대칭 피처들의 경우, "선폭"은 피처들의 가로 치수들 중 어느 한 쪽을 지칭하며, 치수들이 서로 동일하기 때문이다.
시스템 설명
이제 도 1a 및 도 1b를 참조한다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 기판(12) 상의 오버레이 오차를 측정하기 위한 광학 계측 장치(10)를 개략적으로 도시한다. 도 1a는 광학 서브시스템(11, 13)을 포함하는 장치(10)의 측면도이고, 도 1b는 서브시스템(11)의 세부사항을 보여주는 측면도이다. 도 1a 및 도 1b에서 장치(10)는 광학 서브시스템(11, 13)의 수집 광학장치와 동일한 측으로부터 기판(12) 상으로 지향되는 조명을 갖는 것으로 도시되었지만, 대안적인 실시예에서 조명은 적절히 투명한 모션 어셈블리(motion assembly)(20)를 통해 기판 아래로부터 지향될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 광학 계측 장치(10)는 반도체 기판(12) 상의 오버레이 오차를 측정하기 위해, 각각 OPT1 및 OPT2로 지칭되는 2 개의 광학 서브시스템(11, 13)을 포함한다. 예를 들어, OPT1은 치수가 30 μm × 30 μm인 좁은 시야(FOV1)를 가지는 한편, OPT2는 예를 들어 치수가 60 μm × 60 μm인 넓은 시야(FOV2)를 가진다. 본 예에서, OPT1은 가시광선 조명을 사용하여 오버레이 오차를 측정하는 반면, OPT2는 IR 조명을 사용한다. FOV1 및 FOV2의 치수뿐만 아니라, OPT1 및 OPT2의 스펙트럼 범위는 본 명세서에서 예시로만 사용된다. 다른 치수 및 스펙트럼 범위가 다양한 계측 적용을 위해 좁은 FOV 및 넓은 FOV 장치를 설명하는 데 대안적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 대안적인 실시예에서, 광학 서브시스템(13)(OPT2)은 광 방사선을 방출하는 광원을 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 가변 FOV(줌 광학장치)를 갖는 계측 광학장치를 구비할 수 있다. 추가의 대안적인 실시예에서, 광학 서브시스템(11, 13)(OPT1 및 OPT2)은 적절히 조절 가능한 FOV, 조명 스펙트럼 및 포커싱 메커니즘을 갖는 단일의 광학 시스템을 포함할 수 있다.
장치(10)는 컨트롤러(18) 및 하나 이상의 모션 어셈블리(20)를 더 포함한다. 컨트롤러(18)는 OPT1 및 OPT2의 센서로부터 이미지를 수신하고(도 1b에 더 상세히 설명됨), 모션 어셈블리(20)의 위치 및 배향(orientation)을 조절하도록 결합된다. 컨트롤러(18)는 일반적으로 프로그램 가능 프로세서를 포함하고, 이는 장치(10)의 다른 요소들에 연결하기 위한 적절한 디지털 및/또는 아날로그 인터페이스와 함께, 본 명세서에 설명된 기능을 수행하기 위해 소프트웨어 및/또는 펌웨어로 프로그램된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 컨트롤러(18)는 컨트롤러의 기능 중 적어도 일부를 수행하는 하드와이어드(hard-wired) 및/또는 프로그램 가능 하드웨어 논리 회로를 포함한다. 간단하게 하기 위해 컨트롤러(18)가 도 1a 및 도 1b에 단일의 모놀리식(monolithic) 기능 블록으로서 도시되어 있지만, 실제로 컨트롤러는 도면들에 예시되고 본문에 설명된 신호들을 수신하고 출력하기 위해 적절한 인터페이스들을 갖는 다수의 상호 연결된 제어 유닛들을 포함할 수 있다.
도시된 예에서, 모션 어셈블리(20)는 적절한 테이블을 포함하되, 상기 테이블을 (컨트롤러(18)의 제어하에) x-, y-, 및 z-방향(데카르트 좌표(Cartesian coordinates)(36)를 참조)으로 선형으로 이동시킬 뿐만 아니라, 테이블을 z-축을 중심으로 회전시키기 위한 엑추에이터와 함께 포함한다. 데카르트 좌표(36)는 장치(10)에 대한 도면들의 배향을 명확히 하기 위해 이 도면 및 후속 도면들에 도시되어 있다.
다수의 박막층들이 집적 회로 칩의 매트릭스(matrix)를 정의하고 박막층들 중 적어도 하나에 오버레이 타깃들을 형성하기 위해 반도체 기판(12) 상에 성막되고 패터닝된다. 도시된 예에서, 제1 및 제2 박막층(38, 40)은 반도체 기판(12) 상에 성막되고 포토리소그래피 프로세스에서 패터닝된다. 예를 들어, 제1 층(38)은 프로세스 층일 수 있고, 제2 층(40)은 프로세스 층 위에 성막되는 레지스트(resist) 층일 수 있다. 대안적으로 층들(38, 40) 모두가 프로세스 층일 수 있다. 기판(12) 상의 층(40)에 있는 패턴들과 하부 층(38)에 있는 패턴들 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위해, 뒤따르는 도면에 도시된 바와 같이, 2 개의 시야에 적합한 제1 및 제2 서브-타깃을 갖는 오버레이 타깃들이 상기 포토리소그래피 프로세스에서 층들(38, 40)에 형성되었다.
장치(10)로 오버레이 오차를 측정하기 위해, 컨트롤러(18)는 반도체 기판(12)이, 예를 들어, FOV1 내에 오버레이 타깃이 있는 상태로, OPT1에 근접하도록 모션 어셈블리(20)를 이동시키고, OPT1을 사용하여 오버레이 오차를 측정한다. 2 개의 반도체 기판을 서로 본딩하는 것과 같은 상이한 제조 단계에 대해, 컨트롤러(18)는 화살표(15)로 표시된 바와 같이, 반도체 기판(12)이 FOV2 내에 오버레이 타깃이 있는 상태로, OPT2에 근접하도록 모션 어셈블리(20)를 xy-평면에서 이동시키고, OPT2를 사용하여 오버레이 오차를 측정한다. (간단하게 하기 위해, 하나의 기판(12)만이 도시되어 있다). 대안적으로, 광학 서브시스템(11, 13)은 OPT1 및 OPT2를 위한 2 개의 별도의 모션 어셈블리(20)를 포함할 수 있다. OPT1으로 또 다른 오버레이 오차 측정을 위해, 기판(12)은 다시 OPT1으로 이동될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 광학 서브시스템은 그것의 FOV와 매칭되는 오버레이 타깃의 특정 부분을 이용한다.
도 1b를 참조하면, 광학 서브시스템(11)(OPT1)은 이미징 어셈블리(14) 및 조명 어셈블리(16)를 포함한다. 이미징 어셈블리(14)는 대물 렌즈(22), 큐브 빔 스플리터(cube beamsplitter)(24) 및 이미징 렌즈(26)를 포함하며, 함께 광학 서브시스텝(11)의 계측 광학장치를 형성한다. 이미징 어셈블리(14)는 예를 들어, 픽셀들(30)의 2-차원 어레이를 갖는 상보성 금속-산화물-반도체(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) 검출기를 포함하는 센서(28)를 더 포함한다. 다른 예로서, 단파 IR 조명하에서 감지하기 위해 센서(28)는 픽셀들(30)의 2-차원 어레이를 갖는 InGaAs계 초점 평면 어레이(Focal Plane Array, FPA) 검출기를 포함할 수 있다. 이미징 어셈블리(14)의 시야는, 도 1a를 참조하면, FOV1이고 치수는 30 μm × 30 μm이다. 조명 어셈블리(16)는 광 방사선을 방출하는 광원(32) 및 렌즈(34)를 포함한다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 광원(32) 및/또는 이미징 어셈블리(14)는 방출 및 수집되는 광 방사선의 편광을 제어하기 위한 편광 광학 구성요소를 각각 구비할 수 있다.
OPT1을 사용하여 기판(12) 상의 층(40)에 있는 패턴들과 하부 층(38)에 있는 패턴들 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위해, 컨트롤러(18)는 모션 어셈블리(20)에 기판을 대물 렌즈(22) 아래로 가져오도록 명령하여, 오버레이 타깃의 중앙 부분이 OPT1의 시야(FOV1)에 있도록, 그리고 대물 렌즈(22)와 렌즈(26)의 조합된 광학장치가 기판을 센서(28) 상에 이미지화하도록, 즉 기판과 센서가 광학 공액 평면(optical conjugate plane)들에 위치되도록 한다.
제1 서브-타깃의 이미지를 캡처하기 위해, 광원(32)은 광 방사선 빔을 렌즈(34)로 투사하고, 렌즈(34)는 또한 빔을 큐브 빔 스플리터(24)로 투사한다. 빔 스플리터(24)는 빔을 대물 렌즈(22)로 반사하고, 대물 렌즈(22)는 빔을 기판(12) 상으로 투사한다. 기판(12) 상에 충돌하는 방사선은 대물 렌즈(22)로 다시 산란되어 빔 스플리터(24)로 전달되고, 렌즈(26)로 투과되며, 센서(28)로 포커싱된다. 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러(18)는 센서(28)에 의해 캡처된 이미지를 판독하고 기판(12) 상의 층(40) 및 하부 층(38)에서의 제1 서브-타깃의 개개의 대칭 중심들을 식별하기 위해 이미지들을 프로세싱한다. 컨트롤러(18)는 제1 서브-타깃의 개개의 대칭 중심들 사이의 변위에 기초하여 이들 2 개의 패터닝된 층들 사이의 오버레이 오차를 측정한다.
광학 서브시스템(13)(OPT2)은 전술한 광학 서브시스템(11)(OPT2)과 유사하다. 광학 서브시스템들 간의 관련 차이점은 두 광학 서브시스템들의 이미징 및 조명 어셈블리의 상이한 설계에 의해 달성되는, 측정에 사용되는 그것들의 시야 및 광 방사선의 파장이다.
대안적으로, 장치(10)는 산란계측 모드(scatterometry mode)에서 오버레이 오차를 측정하도록 구성될 수 있다. 이 모드에 대해, 렌즈(26)는 대물 렌즈(22)의 출사 동공(exit pupil)(도시되지 않음)을 센서 어레이(28) 상에 이미지화하도록 수정 및/또는 이동된다. 산란계측 이미지는 타깃 피처로부터 산란되는 광 방사선의 각분포(angular distribution)를 나타내고, 이 경우 컨트롤러(18)는 오버레이 오차를 측정하기 위해 각분포를 프로세싱하도록 구성된다.
예시적인 오버레이 타깃
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 오버레이 타깃(200) 및 그 구조를 도시한다. 도 2a는 오버레이 타깃(200)의 개략적인 정면도이고, 도 2b 및 도 2c는 각각 타깃(200) 내의 제1 서브-타깃(202) 및 제2 서브-타깃(204)의 개략적인 정면도이다. 서브-타깃(202)은 좁은 FOV에 걸쳐 연장되므로 광학 서브시스템(11)(도 1a)에 의해 이미지화될 수 있고, 한편 서브-타깃(204)은 더 넓은 FOV에 걸쳐 연장되므로 광학 서브시스템(13)에 의해 이미지화될 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 서브-타깃(202)은 8 개의 격자들(206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220)을 포함하며, 이들은 서로에 대해 인접하여 쌍으로(pair-wise) 배열된다(그러나 중첩되지 않음). 격자들(206, 210, 214, 218)은 박막층(38)에 형성되고, 격자들(208, 212, 216, 220)은 박막층(40)에 형성된다. 각각의 격자는 동일한 선폭의 다수의 평행한 선으로 구성되며, 격자 쌍들의 절반은 그 선들이 x-방향으로 배향되고, 나머지 절반은 그 격자 선들이 y-방향으로 배향된다. 따라서, 도시된 예에서, 격자들(206, 208, 214, 216)은 격자들(210, 212, 218, 220)에 직각으로 배향된다.
예를 들어, 치수가 30 μm × 30 μm인 점선 정사각형(222)이 OPT1의 FOV1을 나타내기 위해 제1 서브-타깃(202) 상에 겹쳐져 있으며, 제1 서브-타깃의 격자들이 30 μm × 30 μm FOV를 채우는 것을 보여준다(격자들의 일부는 FOV1를 넘어 '오버플로잉(overflowing)'함). 제1 서브-타깃(202)의 격자들(206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220)의 선폭은, OPT1으로 캡처될 때 제1 서브-타깃의 이미지에 대한 양호한 콘트라스트(contrast)를 생성하기 위해, 예를 들어 1 μm다.
도 1b를 참조하면, 광학 서브시스템(11)을 사용하여 제1 서브-타깃(202)으로부터 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정하기 위해, 컨트롤러(18)는 센서(28)에 의해 캡처된 제1 서브-타깃의 (OPT1의 FOV1 내) 이미지를 판독한다. 컨트롤러(18)는 격자들(206, 210, 214, 218)에 의해 형성된 패턴의 대칭 중심(221)과 격자들(208, 212, 216, 220)에 의해 형성된 패턴의 대칭 중심(223)을 식별하기 위해 이미지를 추가로 프로세싱한다. 컨트롤러(18)는 제1 서브-타깃(202)의 개개의 대칭 중심들(221, 223) 간의 변위로서 2 개의 패터닝된 층들 간의 오버레이 오차를 측정한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 제2 서브-타깃(204)은 8 개의 격자들(224, 226, 228, 230, 232, 234, 236, 238)을 포함하며, 이들은 서로에 대해 인접하여 쌍으로 배열된다. 제1 서브-타깃(202)과 유사하게, 격자들(224, 228, 232, 236)은 박막층(38)에 형성되고, 격자들(226, 230, 234, 238)은 박막층(40)에 형성된다. 각각의 격자는 동일한 선폭의 다수의 평행한 선으로 구성되며, 격자 쌍들의 절반은 그 선들이 x-방향으로 배향되고, 나머지 절반은 그 격자 선들이 y-방향으로 배향되어, 격자들(224, 226, 232, 234)이 격자들(228, 230, 236, 238)에 직각으로 배향된다. 그러나, 제2 서브-타깃(204)의 격자 선폭은, OPT2로 캡처될 때 제2 서브-타깃의 이미지에 대한 양호한 콘트라스트를 생성하기 위해, (제1 서브-타깃(202)에서와 같은 1 μm보다는) 예를 들어 2 μm이다. 예를 들어, 치수가 60 μm × 60 μm인 점선 정사각형(240)이 OPT2의 FOV2를 나타내기 위해 제2 서브-타깃(204) 상에 겹쳐져 있으며, 제2 서브-타깃의 격자들이 FOV2를 채우는 것을 보여준다.
OPT2를 사용하여 제2 서브-타깃(204)으로부터 층들(38, 40) 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위해, 컨트롤러(18)는 OPT2로부터 (FOV2의 중앙에 있는 제1 서브-타깃(202)의 이미지를 포함하여) 제2 서브-타깃의 이미지를 판독한다. 컨트롤러(18)는 격자들(224, 228, 232, 236)에 의해 형성된 패턴의 대칭 중심(242) 및 격자들(226, 230, 234, 238)에 의해 형성된 패턴의 대칭 중심(244)을 식별하기 위해 (제1 서브-타깃(202)으로부터의 이미지의 일부를 차단하거나 무시하면서) 이 이미지를 프로세싱한다. 컨트롤러(18)는 제2 서브-타깃(204)의 개개의 대칭 중심들(242, 244) 사이의 변위로서 이들 2 개의 패터닝된 층들 사이의 오버레이 오차를 측정한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 오버레이 타깃(300) 및 그 구조를 도시한다. 도 3a는 오버레이 타깃(300)의 개략적인 정면도이고, 도 3b 및 도 3c는 각각 타깃(300) 내의 제1 서브-타깃(302) 및 제2 서브-타깃(304)의 개략적인 정면도이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 서브-타깃(302)은 8 개의 격자들(306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320)를 포함하며, 이들은 서로에 대해 인접하여 쌍으로 배열된다. 격자들(306, 310, 314, 318)은 박막층(38)에 형성되고, 격자들(308, 312, 316, 320)은 박막층(40)에 형성된다. 각각의 격자는 동일한 선폭의 다수의 평행한 선으로 구성되며, 격자 쌍들의 절반은 그 선들이 x-방향으로 배향되고 나머지 절반은 그 격자 선들이 y-방향으로 배향된다. 예를 들어, 치수가 30 μm × 30 μm인 점선 정사각형(322)이 OPT1의 FOV1을 나타내기 위해 제1 서브-타깃(302) 상에 겹쳐져 있으며, 제1 서브-타깃의 격자들이 FOV1을 정확히 채우는 것을 보여준다. 제1 서브-타깃(302)의 격자들(306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320)의 선폭은 OPT1에 의해 캡처될 때 제1 서브-타깃의 이미지들에 대해 양호한 콘트라스트를 생성하기 위해, 예를 들어 1 μm이다. 제1 서브-타깃(302)은 타깃(302)의 격자들이 FOV1을 넘어 연장되지 않는다는 점에서 제1 서브-타깃(202)과 상이하다.
OPT1을 사용하여 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정하기 위해, 컨트롤러(18)는 제1 서브-타깃(202)과 유사하게, 제1 서브-타깃(302)의 개개의 대칭 중심들(324, 326) 간의 변위를 측정하고, 여기서 대칭 중심(324)은 격자들(306, 310, 314, 318)에 의해 형성된 패턴과 관련되고, 대칭 중심(326)은 격자들(308, 312, 316, 320)에 의해 형성된 패턴과 관련된다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 제2 서브-타깃(304)은 서로에 대해 인접하여 쌍으로 배열된 8 개의 격자들(330, 332, 334, 336, 338, 340, 342, 344)을 포함하고, 이들은 서로에 대해 인접하여 쌍으로 배열된다. 제1 서브-타깃(302)과 유사하게, 격자들(330, 334, 338, 342)은 박막층(38)에 형성되고, 격자들(332, 336, 340, 344)은 박막층(40)에 형성된다. 제1 서브-타깃(302)과 유사하게, 각각의 격자는 동일한 선폭의 다수의 평행한 선들을 포함하며, 격자 쌍들의 절반은 그의 선들이 x-방향으로 배향되고, 나머지 절반은 그 격자 선들이 y-방향으로 배향된다. 그러나, 제2 서브-타깃(304)의 격자들의 선폭은, OPT2에 의해 캡처될 때 제2 서브-타깃의 이미지들에 대해 양호한 콘트라스트를 생성하기 위해, 예를 들어 2 μm이다. 예를 들어, 치수가 60 μm × 60 μm인 점선 정사각형(346)이 FOV2를 나타내기 위해 제2 서브-타깃(304) 상에 겹쳐져 있으며, 제2 서브-타깃의 격자들이 FOV2를 채우는 것을 보여준다. 제2 서브-타깃(304)은 타깃(304)에서는 그 격자들이 중앙 30 μm × 30 μm FOV를 넘어 전체 영역에 걸쳐 연장된다는 점에서 제2 서브-타깃(204)과 상이하다.
OPT2를 사용하여 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정하기 위해, 컨트롤러(18)는 제1 서브-타깃(302)과 유사하게, 제2 서브-타깃(304)의 개개의 대칭 중심들(348, 350) 간의 변위를 측정한다. 대칭 중심(348)은 격자들(330, 334, 338, 342)에 의해 형성된 패턴과 관련되고, 한편 대칭 중심(350)은 격자들(332, 336, 340, 344)에 의해 형성된 패턴과 관련된다.
대안적인 실시예(도면에 도시되지 않음)에서, 오버레이 타깃들(200, 300)에 있는 서브-타깃들 각각은 격자 유사 구조들을 포함할 수 있고, 이들은 층들(38, 40)에서 약간 상이한 피치를 갖는 2 개의 오버레이된 격자들을 성막함으로써 형성된다. 이러한 종류의 타깃들은 위에 언급된 미국 특허 No. 7,440,105에 기술되어 있으며, 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차는 이 특허에 기술된 방식으로 측정될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 오버레이 타깃들(400, 402, 404)의 개략적인 정면도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 오버레이 타깃(400)은 제1 서브-타깃(410) 및 제2 서브-타깃(412)을 포함하며, 이들은 예를 들어 OPT1 및 OPT2의 개개의 시야에 대응하는 점선 정사각형(406, 408)으로 표시되어 있다. 제1 서브-타깃(410)은 점선 정사각형(406) 내에 포함된 정사각형들(414, 416)의 매트릭스들에 의해 형성된다. 제2 서브-타깃(412)은 점선 정사각형들(406, 408) 사이의 영역에 있는 정사각형들(418, 420)의 매트릭스들에 의해 형성된다. 제1 서브-타깃(410)에서, 정사각형들(414)은 제1 층(38)에 형성되고 정사각형들(416)은 제2 층(40)에 형성된다. 정사각형들(414, 416) 각각의 치수는, OPT1의 광학 해상도와 양립되도록, 예를 들어 1 μm × 1 μm(선폭 1 μm에 대응함)이다. 제2 서브-타깃(412)에서, 정사각형들(418)은 제1 층(38)에 형성되고 정사각형들(420)은 제2 층(40)에 형성된다. 정사각형들(418, 420) 각각의 치수는, OPT2의 광학 해상도와 양립되도록, 예를 들어 2 μm × 2 μm(선폭 2 μm에 대응함)이다.
대안적으로, 서브-타깃들(410, 412)은 적절한 개개의 선폭을 갖는 직사각형들의 매트릭스들을 포함할 수 있다.
장치(10)는 오버레이 타깃(200)(도 2a 내지 도 2c)으로부터 오버레이 오차를 측정하는 것과 유사하게, 제1 서브-타깃(410)의 정사각형들(414)의 매트릭스와 정사각형들(416)의 매트릭스의 개개의 대칭 중심들 간의 변위를 측정함으로써(간단하게 하기 위해 대칭 중심은 도시되지 않음), OPT1을 통해 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정한다. 유사하게, 장치(10)는 제2 서브-타깃(412)의 정사각형들(418)의 매트릭스와 정사각형들(420)의 매트릭스의 개개의 대칭 중심들 사이의 변위를 측정함으로써, OPT2를 통해 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 오버레이 타깃(402)은 제1 서브-타깃(426) 및 제2 서브-타깃(428)을 포함하고, 이들은 예를 들어 OPT1 및 OPT2의 개개의 시야에 대응하는 점선 정사각형(422, 424)에 의해 표시되어 있다. 제1 서브-타깃(426)은 정사각형(422) 내의 2 개의 정사각형 프레임들(430, 432)에 의해 형성고, 한편 제2 서브-타깃(428)은 정사각형들(422, 424) 사이의 영역에 있는 2 개의 정사각형 프레임들(434, 436)에 의해 형성된다. 프레임들(430, 434)은 층(38)에 형성되고, 프레임들(432, 436)은 층(40)에 형성된다. 제1 서브-타깃(426)의 프레임들(430, 432)의 선폭은 OPT1의 광학 해상도와 양립되도록, 예를 들어 1 μm이고, 반면 제2 서브-타깃(428)의 프레임들(434, 436)의 선폭은 OPT2의 광학 해상도와 양립되도록, 예를 들어 2 μm이다.
장치(10)는 제1 서브-타깃(426)의 프레임들(430, 432)의 개개의 대칭 중심들 간의 변위를 측정함으로써 OPT1을 통해 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정한다(간단하게 하기 위해 대칭 중심들은 도시되지 않음). 유사하게, 장치(10)는 제2 서브-타깃(428)의 프레임들(434, 436)의 개개의 대칭 중심들 간의 변위를 측정함으로써 OPT2를 통해 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 오버레이 타깃(404)은 제1 서브-타깃(444) 및 제2 서브-타깃(446)을 포함하며, 이들은 예를 들어 OPT1 및 OPT2의 개개의 시야에 대응하는 점선 정사각형들(440, 442)로 표시되어 있다. 제1 서브-타깃(444)은 선들(448, 450)에 의해 형성되는 한편, 제2 서브 타깃(446)은 선들(452, 454)에 의해 형성된다. 제1 서브-타깃(444)에서, 선들(448)은 층(38)에 형성되고 선들(450)은 층(40)에 형성되며, 모든 선들은 정사각형(440) 내에(즉, OPT1의 FOV1 내에) 형성된다. 두 선들(448, 450)의 절반은 x-방향으로 배향되고 절반은 y-방향으로 배향된다. 선들(448, 450)의 폭은 OPT1의 광학 해상도와 양립되도록 선택된다. 제2 서브-타깃(446)에서, 선들(452)은 층(38)에 형성되고 선들(454)은 층(40)에 형성되며, 모든 선들은 정사각형들(440, 442) 사이의 영역에 형성된다. 두 선들(452, 454)의 절반은 x-방향으로 배향되고, 절반은 y-방향으로 배향된다. 선들(452, 454)의 폭은 OPT2의 광학 해상도와 양립되도록 선택된다.
장치(10)는 제1 서브-타깃(444)의 선들(448)에 의해 형성된 패턴과 선들(450)에 의해 형성된 패턴의 개개의 대칭 중심들 간의 변위를 측정함으로써, OPT1을 통해 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정한다(간단하게 하기 위해 대칭 중심들은 도시되지 않음). 유사하게, 장치(10)는 제2 서브-타깃(446)의 선들(452)에 의해 형성된 패턴과 선들(454)에 의해 형성된 패턴의 개개의 대칭 중심들 사이의 변위를 측정함으로써, OPT2를 통해 층들(38, 40) 간의 오버레이 오차를 측정한다.
30 μm × 30 μm 및 60 μm × 60μm의 서브-타깃 치수뿐만 아니라, 1 μm 및 2 μm의 선폭은 위에 설명된 실시예들에서 예시적인 광학 서브시스템들(OPT1, OPT2)의 특징적인 시야 및 해상도 레벨과 매칭하도록 선택되었다. 대안적으로, 오버레이 오차를 측정하는 데 사용되는 검사 광학장치의 특징에 따라 더 크거나 더 작은 서브-타깃 치수와 더 크거나 더 작은 피처 선폭이 사용될 수 있다.
또한, 앞선 도면들은 특정 타입의 타깃 피처들 및 레이아웃들을 예로서 보여주었지만, 본 발명의 원리는 다른 종류의 피처들 및 레이아웃들을 포함하는 오버레이 타깃들 및 서브-타깃들에서 유사하게 구현될 수 있다. 그러한 모든 대안적 구현은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
멀티-해상도 오버레이 타깃의 추가적인 적용
동일한 층(예를 들어, 박막층(40))에 상이한 설계 파라미터(예를 들어, 상이한 공간적 빈도(spatial frequency)들)를 갖는 타깃 피처들을 구비하는 것은 오버레이 오차 계측을 사용하여 이들 상이한 타깃 피처들 간의 겉보기 변위(apparent displacement)를 측정할 수 있게 한다. 예를 들어, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 층(40)에 있는 제1 및 제2 서브-타깃(202, 204)의 패턴들은 동일한 포토리소그래피 단계에서 형성되고, 결과적으로 OPT1 및 OPT2통해 측정된 그 개개의 대칭 중심(223, 244)의 위치들 간에 어떠한 변위도 예상되지 않을 것이다. 그러나 광학 서브시스템들(OPT1, OPT2) 각각에서의 광학 수차(optical aberrations) 또는 장애물로 인한 오차는 측정된 대칭 중심의 위치들 간에 0이 아닌 변위를 생성할 수 있다. 이러한 오차들을 특성화하면 결국 오버레이 오차 측정에서의 오차들을 수정하는 데 이용할 수 있다. 오차들은 또한, 특히 2 개의 반도체 기판을 정렬하고 본딩하는 데 사용되는 정렬 시스템에 의해, 후속 제조 단계에서의 측정 오차를 감소시키기 위해 제조 프로세스로 피드 포워드(feed forward)될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 광학 서브시스템들(OPT1, OPT2) 각각에 의해 측정된 두 세트의 오버레이 오차들 간의 매칭을 위해, 컨트롤러(18)는 상기 세트들 각각에 대해 모델링된 오버레이 오차를 계산할 수 있다. 각각의 광학 서브시스템 내에서 그리고 서브시스템들 사이에서 측정된 오버레이 오차와 모델링된 오버레이 오차 모두 간의 비교는 계측 결과의 정확도 향상을 위해 이용될 수 있다. 또한 추가적으로 또는 대안적으로, 오버레이 오차 측정의 품질 메트릭은 각각의 도구로부터 측정된 오버레이 오차들을 검증하고 매칭시키기 위해 별도로 각각의 서브-타깃으로부터 추출될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 동일한 층에 있는 타깃 피처들 간의 변위에 대한 유사한 측정들은 포토리소그래피 시스템(스캐너)의 광학 수차로 인한 패턴 배치 오차를 나타낼 수 있는데, 이러한 수차는 상이한 공간적 빈도의 인쇄된 피처들을 서로에 대해 변위시킬 수 있기 때문이다. 이러한 오차에 대한 지식은 포토리소그래피 프로세스에서 형성된 전자 디바이스에서 그 영향을 감소시킬 수 있다.
두 개의 상이한 타깃 피처들 또는 주어진 피처의 두 가지 상이한 측정 설정으로부터의 각도 스펙트럼 시그너처(angular spectral signature)를 분석하면 타깃 피처 비대칭에 기인한 오버레이 오차 측정에서의 오차를 감소시킬 수 있다.
도 2a, 도 3a 및 도 4a 내지 도 4c에 도시된 것과 같은, 다수의 오버레이 타깃들로부터의 오버레이 오차 측정 결과들은 측정값들의 총 측정 불확도(total measurement uncertainty, TMU)를 감소시키기 위해 결합될 수 있다.
위에 설명된 멀티-해상도 오버레이 타깃들은 3 개 이상의 박막층들에 걸쳐 연장되도록 적응될 수 있고, 따라서 임의의 이러한 층들의 쌍 간에 오버레이 오차를 측정할 수 있게 한다.
위에 설명된 실시예들은 예로서 기재되었으며, 본 발명은 위에서 특별히 도시되고 설명된 것에 제한되지 않음이 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 전술한 다양한 피처들의 조합 및 하위 조합들뿐만 아니라, 전술한 설명을 읽을 때 이 분야의 기술자들에게 떠오를 수 있고 선행 기술에 개시되지 않은 변형 및 수정을 모두 포함한다.
Claims (23)
- 제품으로서,
적어도 하나의 반도체 기판;
상기 적어도 하나의 기판 상에 배치된 다수의 박막층들; 및
상기 박막층들 중 적어도 하나에 형성된 오버레이 타깃(overlay target)
을 포함하고,
상기 오버레이 타깃은,
제1 대칭 중심을 갖고, 제1 선폭(linewidth)을 갖는 제1 타깃 피처(target feature)들을 포함하는 제1 서브-타깃(sub-target); 및
상기 제1 대칭 중심과 일치하는 제2 대칭 중심을 갖고, 상기 제1 선폭보다 큰 제2 선폭을 갖고 상기 제1 타깃 피처들에 인접하지만 이와 중첩되지 않는(non-overlapping) 제2 타깃 피처들을 포함하는 제2 서브-타깃
을 포함하는 것인, 제품. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 서브-타깃은 상기 적어도 하나의 반도체 기판의 제1 영역 위에 연장되고, 상기 제2 서브-타깃은 상기 적어도 하나의 반도체 기판의 제2 영역 위에 연장되고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다 크고 상기 제1 영역을 포함하는 것인, 제품. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 서브-타깃은 상기 제2 서브-타깃에 의해 둘러싸이는 것인, 제품. - 제1 항에 있어서,
상기 다수의 박막층들은 제1 층 및 상기 제1 층 상에 오버레이되는(overlaid) 제2 층을 포함하고,
상기 제1 타깃 피처들은 상기 제1 층에 형성되는 제1 타깃 피처들의 제1 세트 및 상기 제2 층에 형성되는 제1 타깃 피처들의 제2 세트를 포함하고, 상기 제2 타깃 피처들은 상기 제1 층에 형성되는 제2 타깃 피처들의 제3 세트 및 상기 제2 층에 형성되는 제2 타깃 피처들의 제4 세트를 포함하는 것인, 제품. - 제4 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타깃 피처들은 선형 격자(linear grating)들을 포함하는 것인, 제품. - 제5 항에 있어서,
상기 제1 타깃 피처들의 제1 세트는 상기 제1 층에 제1 선형 격자들을 포함하고, 상기 제1 타깃 피처들의 제2 세트는 상기 제2 층에 제2 선형 격자들을 포함하고, 각각의 제1 선형 격자는 제2 선형 격자에 인접하지만 이와 중첩되지 않고,
상기 제2 타깃 피처들의 제3 세트는 상기 제1 층에 제3 선형 격자들을 포함하고, 상기 제2 타깃 피처들의 제4 세트는 상기 제2 층에 제4 선형 격자들을 포함하고, 각각의 제3 선형 격자는 제4 선형 격자에 인접하지만 이와 중첩되지 않는 것인, 제품. - 제5 항에 있어서,
상기 제1 서브-타깃 및 제2 서브-타깃의 각각에 있는 상기 선형 격자들은 제1 배향(orientation)을 갖는 제1 선형 격자들 및 상기 제1 배향에 직교하는 제2 배향을 갖는 제2 선형 격자들을 포함하는 것인, 제품. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타깃 피처들은 선형 피처들을 포함하는 것인, 제품. - 제8 항에 있어서,
상기 선형 피처들은 선형 격자들을 정의하도록 배열되는 것인, 제품. - 제8 항에 있어서,
상기 선형 피처들은 정사각형 프레임(square frame)들을 정의하도록 배열되되, 상기 제1 서브-타깃의 정사각형 프레임들이 상기 제2 서브-타깃의 정사각형 프레임들 내에 포함되도록 배열되는 것인, 제품. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타깃 피처들은 개개의 정사각형 피처(square feature)들의 매트릭스(matrix)들을 포함하는 것인, 제품. - 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법으로서,
다수의 박막층들 중 적어도 하나에 집적 회로 칩(chip)들의 매트릭스를 정의하고 오버레이 타깃을 형성하기 위해 적어도 하나의 반도체 기판 상에 상기 다수의 박막층들을 성막하고 패터닝하는 단계 - 상기 오버레이 타깃은,
제1 대칭 중심을 갖고, 제1 선폭을 갖는 제1 타깃 피처들을 포함하는 제1 서브-타깃; 및
상기 제1 대칭 중심과 일치하는 제2 대칭 중심을 갖고, 상기 제1 선폭보다 큰 제2 선폭을 갖고 상기 제1 타깃 피처들에 인접하지만 이와 중첩되지 않는 제2 타깃 피처들을 포함하는 제2 서브-타깃을 포함함 -;
상기 오버레이 타깃의 이미지들을 캡처하는 단계; 및
상기 박막층들 간의 오버레이 오차를 측정하기 위해 상기 이미지들을 프로세싱하는 단계
를 포함하는, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 이미지들을 캡처하는 단계는,
제1 시야를 갖는 제1 검사 광학장치를 사용하여 상기 제1 서브-타깃의 제1 이미지를 캡처하는 단계; 및
상기 제1 시야보다 넓은 제2 시야를 갖는 제2 검사 광학장치를 사용하여 상기 제2 서브-타깃의 제2 이미지를 캡처하는 단계
를 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 다수의 박막층들을 성막하고 패터닝하는 단계는,
상기 제1 시야에 대응하는 상기 적어도 하나의 반도체 기판의 제1 영역 위에 상기 제1 서브-타깃을 형성하는 단계, 및
상기 제1 영역보다 크고 상기 제2 시야에 대응하는 상기 적어도 하나의 반도체 기판의 제2 영역 위에 상기 제2 서브-타깃을 형성하는 단계
를 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제14 항에 있어서,
상기 제1 서브-타깃은 상기 제2 서브-타깃에 의해 둘러싸이는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 다수의 박막층들을 성막하는 단계는, 제1 층 및 상기 제1 층 상에 오버레이되는 제2 층을 성막하는 단계를 포함하고,
상기 다수의 박막층들을 패터닝하는 단계는,
상기 제1 층에 상기 제1 타깃 피처들의 제1 세트를, 그리고 상기 제2 층에 상기 제1 타깃 피처들의 제2 세트를 형성하는 단계, 및
상기 제1 층에 상기 제2 타깃 피처들의 제3 세트를, 그리고 상기 제2 층에 상기 제2 타깃 피처들의 제4 세트를 형성하는 단계
를 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제16 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타깃 피처들은 선형 격자들을 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 제1 타깃 피처들의 제1 세트를 형성하는 단계는 상기 제1 층에 제1 선형 격자들을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 타깃 피처들의 제2 세트를 형성하는 단계는 상기 제2 층에 제2 선형 격자들을 형성하는 단계를 포함하고, 각각의 제1 선형 격자는 제2 선형 격자에 인접하지만 이와 중첩되지 않으며,
상기 제2 타깃 피처들의 제3 세트를 형성하는 단계는 상기 제1 층에 제3 선형 격자들을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 타깃 피처들의 제4 세트를 형성하는 단계는 상기 제2 층에 제4 선형 격자들을 형성하는 단계를 포함하며, 각각의 제3 선형 격자는 제4 선형 격자에 인접하지만 이와 중첩되지 않는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제17 항에 있어서,
상기 제1 서브-타깃 및 제2 서브-타깃의 각각에 있는 상기 선형 격자들은 제1 배향을 갖는 제1 선형 격자들 및 상기 제1 배향에 직교하는 제2 배향을 갖는 제2 선형 격자들을 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타깃 피처들은 선형 피처들을 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제20 항에 있어서,
상기 다수의 박막층들을 패터닝하는 단계는 선형 격자들을 정의하도록 상기 선형 피처들을 배열하는 단계를 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제20 항에 있어서,
상기 다수의 박막층들을 패터닝하는 단계는 정사각형 프레임들을 정의하도록 상기 선형 피처들을 배열하되, 상기 제1 서브-타깃의 정사각형 프레임들이 상기 제2 서브-타깃의 정사각형 프레임들 내에 포함되도록 배열하는 단계를 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 타깃 피처들은 개개의 정사각형 피처들의 매트릭스들을 포함하는 것인, 오버레이 오차를 측정하기 위한 방법.
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