KR20240050358A - 계측 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20240050358A
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한 귀도 데
스티븐 에드워드
덴 후벤 토마스 얀 반
파울루스 클레멘스 마리아 플랑켄
어완 다니 세티야
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

적어도 하나의 층 아래에서 기판 상에 위치된 타겟을 측정하기 위한 방법이 개시된다. 이러한 방법은, 상기 적어도 하나의 층 내에 음향 파를 생성하기 위하여 상기 적어도 하나의 층을 적어도 하나의 펌프 파장을 포함하는 펌프 방사선으로 여기시키는 단계 - 상기 음향 파는 상기 타겟으로부터 반사됨으로써 상기 기판의 표면에 상기 타겟의 음향 복제본을 생성함 -, 상기 음향 복제본을 적어도 하나의 프로브 파장을 포함하는 프로브 방사선으로 조명하는 단계, 및 상기 음향 복제본으로부터 산란된, 결과적으로 얻어지는 산란된 프로브 방사선을 캡쳐하는 단계를 포함한다. 상기 여기시키는 단계 및 상기 조명하는 단계 중 하나 또는 양자 모두는, 상기 타겟으로부터 결과적으로 얻어진 상기 적어도 하나의 층의 잔여 토포그래피 상에 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPPs)을 생성하는 것을 포함한다.

Description

계측 방법 및 장치
관련 출원들에 대한 상호 - 참조
본 출원은 2021 년 8 월 18 일에 출원된 EP 출원 번호 21191859.4의 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기법에 의해 디바이스를 제조할 때 사용가능한 방법 및 장치, 및 리소그래피 기법을 사용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 위치 센서와 같은 계측 센서에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 불리는 패터닝 장치가 집적회로의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트) 층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 이러한 타겟부는 일반적으로 "필드"라고 불린다.
복잡한 디바이스의 제조 시에, 통상적으로 많은 리소그래피 패터닝 단계가 수행되어 기판 상의 연속 층에 기능성 피쳐를 형성한다. 그러므로, 리소그래피 장치 성능의 중요한 양태는 적용된 패턴을 이전의 층에 설치된(동일한 장치 또는 상이한 리소그래피 장치에 의해) 피쳐에 상대적으로 정확하고 정밀하게 배치하는 능력이다. 이러한 목적을 위하여, 기판에는 정렬 마크의 하나 이상의 세트가 제공된다. 각각의 마크는, 통상적으로 광학 위치 센서인 위치 센서를 사용하여 그 위치가 추후에 측정될 수 있는 구조체이다. 리소그래피 장치는 기판 상의 마크의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 하나 이상의 정렬 센서를 포함한다. 여러 타입의 마크와 여러 타입의 정렬 센서가 여러 제조사와 동일한 제조사의 여러 제품들로부터 알려져 있다.
다른 애플리케이션에서는, 기판 상의 노광된 구조체를 측정하기 위하여 계측 센서가 사용된다(레지스트 내에 및/또는 에칭 이후에). 신속하고 비침투식 형태의 특수 검사 기기인 산란계(scatterometer)는 방사선의 빔을 기판의 표면 상의 타겟으로 향하게 하여 산란 또는 반사된 빔의 성질을 측정한다. 알려진 산란계의 예들은 US2006033921A1 호 및 US2010201963A1에 기술되는 타입의 각도-분해된 산란계를 포함한다. 복원에 의해 피쳐 형상을 측정하는 것과 함께, 공개 특허 출원 제 US2006066855A1에 기술된 것처럼, 이러한 장치를 사용하여 회절 기초 오버레이가 측정될 수 있다. 회절 차수들의 암-시야 이미징을 사용하는 회절-기초 오버레이를 통해, 더 작은 타겟에 대한 오버레이 측정이 가능해진다. 암시야 이미징 계측의 예는 국제 특허 출원 제 WO 2009/078708 및 제 WO 2009/106279에서 발견될 수 있는데, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 이러한 기술의 추가적인 개발예들은 특허 공개 번호 US20110027704A, US20110043791A, US2011102753A1, US20120044470A, US20120123581A, US20130258310A, US20130271740A 및 WO2013178422A1에 설명되었다. 이러한 타겟은 조명 스폿 보다 더 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체에 의하여 둘러싸일 수도 있다. 복합 격자 타겟을 사용하여 하나의 이미지 내의 다수의 격자들이 측정될 수 있다. 이러한 출원들 모두의 내용도 참조되어 본 명세서에 원용된다.
정렬 마크 위에 불투명한 재료를 증착시키면 정렬 센서에는 보이지 않는 정렬 마크가 생성될 수 있다. 이것은 특히, 금속 또는 비정질 탄소의 두꺼운 층들이 하드마스크로서 사용되는 일부 3D IC 아키텍처, 예컨대 3D-NAND에서 문제가 된다. 현재의 솔루션은 잔여 표면 토포그래피(어떤 층 아래의 정렬 마크의 존재에 의해서 초래되는 토포그래피) 상에서 정렬을 하는 것 또는 투명-절삭부(clear-out)를 노출시키는 것에 의한 것을 포함한다. 이러한 접근법 양자 모두는 다음의 제한사항을 가진다: 잔여 표면 토포그래피 상에서 정렬하는 것은 토포그래피의 비대칭 변형 또는 천이 중 하나에 기인하여 정확도가 부족하고, 투명-절삭부를 노출시키는 것은 추가적인 공정 단계를 요구하며, 따라서 느리다.
하나 이상의 불투명한 층에 의해서 차단되는 정렬 마크 상의 정렬을 개선하는 것이 바람직하다.
본 발명은 제 1 양태에서 적어도 하나의 계층 아래에서 기판 상에 위치된 타겟을 측정하기 위한 방법으로서, 상기 적어도 하나의 계층 내에 음향 파를 생성하기 위하여 상기 적어도 하나의 계층을 적어도 하나의 펌프 파장을 포함하는 펌프 방사선으로 여기시키는 단계 - 상기 음향 파는 상기 타겟으로부터 반사됨으로써 상기 기판의 표면에 상기 타겟의 음향 복제본을 생성함 -; 상기 음향 복제본을 적어도 하나의 프로브 파장을 포함하는 프로브 방사선으로 조명하는 단계; 및 상기 음향 복제본으로부터 산란된, 결과적으로 얻어지는 산란된 프로브 방사선을 캡쳐하는 단계를 포함하고, 상기 여기시키는 단계 및 상기 조명하는 단계 중 하나 또는 양자 모두는, 상기 타겟으로부터 결과적으로 얻어진 상기 적어도 하나의 계층의 잔여 토포그래피 상에 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polaritons; SPPs)을 생성하는 것을 포함하는, 타겟 측정 방법을 제공한다.
본 발명은 제 2 양태에서 제 1 양태의 방법을 수행하도록 구성된 계측 장치를 제공한다.
본 발명의 전술된 양태와 다른 양태는 이하 설명되는 예들을 고려하면 이해될 것이다.
본 발명의 실시형태는 첨부된 도면을 참조하여 오직 예시적인 방식으로 이제 설명될 것이다:
도 1은 리소그래피 장치를 도시한다;
도 2는 도 1의 장치에서 수행되는 측정 및 노광 프로세스를 개략적으로 예시한다;
도 3은 정렬 센서 장치의 개략도를 보여준다;
도 4는 펌프-프로브 계측 방법의 네 개의 스테이지의 개략도이다;
도 5는 본 명세서에서 개시된 바와 같은 방법을 사용하여 측정될 수 있는 매설된 정렬 마크의 예시적인 구조체의 일 예이다;
도 6은 본 명세서에서 개시된 바와 같은 방법에 따라 수행된, 도 5에 예시된 바와 같은 정렬 마크 상에 입사하는 펌프 펄스의 개략도이다;
도 7은 본 명세서에서 개시된 바와 같은 방법에 따라 수행된, 도 5에 예시된 바와 같은 프로브 마크 상에 입사하는 펌프 펄스의 개략도이다;
도 8은 SPP가 생성되지 않게 하고 SPP가 일 실시형태에 따라서 생성되게 하는 프로브 방사선을 사용한, 음향 복제본으로부터의 반사율 그래프(reflectivity plot)이다; 그리고
도 9는 일 실시형태에 따른 방법을 수행하기에 적합한 계측 장치 배열체이다.
도 10 도화 본 명세서에서 개시된 바와 같은 방법을 사용하여 측정될 수 있는 매설된 정렬 마크의 구조체의 평면도의 예들의 개략도이다.
본 발명의 실시형태들을 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시형태들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 이러한 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지대 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 각각 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판을 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 각각 연결되는 두 개의 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa 및 WTb); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다. 레퍼런스 프레임(RF)은 다양한 컴포넌트들을 연결하고, 패터닝 디바이스와 기판의 위치와 그들의 피쳐들의 위치를 설정하고 측정하기 위한 기준으로서의 역할을 한다.
조명 시스템은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광학 컴포넌트, 예컨대 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전기식 또는 다른 유형의 광학 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
패터닝 디바이스 지지대(MT)는 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 지향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 시프트 피쳐(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피쳐(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟부, 예컨대 집적 회로 내에 생성되는 중인 디바이스 내의 특정한 기능성 층에 대응할 것이다.
도시된 것처럼, 장치는 투과형이다(예를 들어, 투과형 패터닝 디바이스를 채용함). 또는, 장치는 반사식 타입(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 있다. 패터닝 장치의 예는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 및 프로그램가능(LCD) 패널을 포함한다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 모든 사용은 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 그러므로, "패터닝 디바이스"라는 용어는 이러한 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스에 의하여 구현될 패턴을 규정하는 정보를 디지털 형태로 저장하는 디바이스를 지칭하는 것으로도 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.
리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있다. 침지액은 또한 예컨대 마스크 및 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 도포될 수 있다. 침지 기법은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다.
동작 시에, 조명기(IL)는 방사선 빔을 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우에, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 소스가 수은 램프인 경우에, 이러한 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요할 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.
예를 들어, 조명기(IL)는 방사선 빔의 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD), 집속기(IN), 및 콘덴서(CO)를 포함할 수도 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일도 및 세기 분포를 가지도록 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치설정하기 위하여, 기판 테이블(WTa 또는 WTb)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수도 있다. 마찬가지로, 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA)에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다. 작은 정렬 마크들도 역시 다이에, 그리고 디바이스 피쳐들 사이에 포함될 수 있는데, 이러한 경우 마크는 가능한 한 작고 인접한 피쳐에 비하여 임의의 다른 이미징 또는 프로세스 조건을 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마크를 검출하는 정렬 시스템이 상세히 후술된다.
도시된 장치는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 스캔 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 동기되어 스캐닝되는 동안, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT)에 상대적인 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시의 타겟부의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의 폭)을 한정하는 한편, 스캐닝 모션의 길이는 타겟부의 높이(스캐닝 방향에서의)를 결정한다. 당업계에 주지되는 다른 타입의 리소그래피 장치 및 동작 모드도 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려진다. 소위 무마스크 리소그래피에서, 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스는 정지되게 홀딩되지만 변화하는 패턴을 가지며, 및 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다.
또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 그들 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션(EXP) 및 측정 스테이션(MEA) - 을 가지는, 소위 듀얼 스테이지 타입이다. 하나의 기판 테이블에 있는 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에 있는 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있고, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 그러면 리소그래피 장치의 쓰루풋이 크게 증가할 수 있다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 높이 컨투어를 매핑하는 것과 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마크의 위치를 측정하는 것을 포함할 수도 있다. 기판 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 위치 센서(IF)가 측정할 수 없다면, 참조 프레임(RF)에 상대적인 이러한 스테이션 양자 모두에서의 기판 테이블의 위치를 측정할 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 구성이 알려져 있으며, 도시된 듀얼-스테이지 구성 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판 테이블 및 측정 테이블이 제공되는 다른 리소그래피 장치가 알려져 있다. 이것은 예비 측정을 수행할 때에 서로 도킹되고, 기판 테이블이 노광을 겪는 동안에 언도킹된다.
도 2는 도 1의 듀얼 스테이지 장치 내에서 기판(W) 상의 타겟부(예를 들어 다이)를 노광하는 단계를 예시한다. 점선 박스 내의 좌측이 측정 스테이션(MEA)에서 수행되는 단계들인 반면에, 우측은 노광 스테이션(EXP)에서 수행되는 단계들이다. 가끔, 전술된 바와 같이, 기판 테이블(WTa, WTb) 중 하나는 노광 스테이션에 있는 반면에, 다른 기판은 측정 스테이션에 있다. 이러한 설명을 위하여, 기판(W)이 이미 노광 스테이션 내에 로딩되었다고 가정된다. 단계 200에서, 새로운 기판(W')이 도시되지 않은 메커니즘에 의해 장치로 로딩된다. 이러한 두 개의 기판은 리소그래피 장치의 쓰루풋을 증가시키기 위해서 병렬적으로 처리된다.
우선 새롭게 로드된 기판(W')을 참조하면, 이것은 장치 내에서 일차 노광을 위해 새로운 포토레지스트로 준비된, 이전에 처리되지 않은 기판일 수 있다. 그러나, 일반적으로는 설명된 리소그래피 프로세스는 일련의 노광 및 처리 단계 중 하나에 지나지 않을 것이므로, 기판(W')은 이러한 장치 및/또는 다른 리소그래피 장치를 이미 여러 차례 거쳤고, 거쳐야 할 후속 프로세스가 더 있을 수도 있다. 특히 오버레이 성능을 개선하는 문제에 대해서 살펴보면, 과제는 새로운 패턴이 패터닝 및 처리의 하나 이상의 사이클에 이미 노출되었던 기판 상의 정확하게 맞는 위치에 적용되도록 보장하는 것이다. 이러한 처리 단계의 결과, 만족스러운 오버레이 성능을 얻으려면 반드시 측정되고 정정돼야 하는 왜곡이 기판 내에 점진적으로 도입된다.
선행 및/또는 후속 패터닝 단계는 전술된 것처럼 다른 리소그래피 장치에서 수행될 수 있고, 심지어 상이한 타입의 리소그래피 장치에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 분해능 및 오버레이와 같은 파라미터가 매우 중요한 일부 층들은 디바이스 제작 프로세스 중에 덜 중요한 다른 층들 보다 더 진보된 리소그래피 툴에서 처리될 수 있다. 그러므로 일부 층들이 침지 타입 리소그래피 툴에서 노광될 수 있는 반면에 다른 층들은 '건식' 툴에서 노광된다. 일부 층들은 DUV 파장에서 동작하는 툴 안에서 노광될 수 있는 반면에, 다른 층들은 EUV 파장 방사선을 사용하여 노광된다.
202에서, 기판 테이블(WTa, WTb)에 상대적인 기판의 정렬을 측정하고 기록하기 위해서 기판 마크(P1) 등과 이미지 센서(미도시)를 사용한 정렬 측정이 사용된다. 추가하여, 여러 정렬 마크가 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판(W') 전체에 걸쳐 측정될 것이다. 일 실시형태에서, 이러한 측정이 "웨이퍼 그리드"를 구축하도록 사용되는데, 이것은 공칭 직사각형 그리드에 상대적인 임의의 왜곡을 포함하여, 기판 전체에 걸쳐 마크의 분포를 매우 정확하게 매핑한다.
단계 204에서, X-Y 위치에 대한 웨이퍼 높이(Z)의 맵이 역시 레벨 센서(LS)를 사용하여 측정된다. 통상적으로, 높이 맵은 노광된 패턴의 정확한 포커싱을 얻기 위해서만 사용된다. 이것은 또한 다른 목적을 위해서도 사용될 수 있다.
기판(W')이 로딩될 때, 수행될 노광 및, 웨이퍼의 특성, 및 웨이퍼 위에 이미 형성되었거나 형성될 패턴을 규정하는 레시피 데이터(206)가 수신되었다. 202 및 204에서 수행된 웨이퍼 위치, 웨이퍼 그리드 및 높이 맵의 측정치가 이러한 레시피 데이터에 추가되어, 레시피 및 측정 데이터의 완전한 세트(208)가 노광 스테이션(EXP)으로 전달될 수 있게 한다. 정렬 데이터의 측정은, 예를 들어 리소그래피 프로세스의 결과물인 제품 패턴에 대해서 고정되거나 공칭적으로 고정된 관련성으로 형성되는 정렬 타겟의 X 및 Y 위치를 포함한다. 노광 직전에 얻어진 이러한 정렬 데이터는 모델을 데이터에 근사화하는 파라미터를 가지는 정렬 모델을 생성하도록 사용된다. 이러한 파라미터 및 정렬 모델이 현재의 리소그래피 단계에서 적용되는 패턴의 위치를 정정하기 위해서 노광 동작 중에 사용될 것이다. 사용되는 모델은 측정된 위치들 사이의 위치 편차를 보간한다. 종래의 정렬 모델은, '이상적인' 그리드의 병진, 회전 및 크기조정을 상이한 차원에서 함께 규정하는 네 개, 다섯 개, 또는 여섯 개의 파라미터를 포함할 수 있다. 더 많은 파라미터를 사용하는 발전된 모델이 공지되어 있다.
210에서, 웨이퍼(W') 및 웨이퍼(W)가 교환되어, 측정된 기판(W')이 노광 스테이션(EXP)에 들어가면서 기판(W)이 되게 한다. 도 1의 예시적인 장치에서, 이러한 교환은 장치 내의 지지대(WTa 및 WTb)를 교환함으로써 수행되어, 기판(W, W')이 그러한 지지대들 상에 정확하게 클램핑되고 위치설정되어 기판 테이블과 기판 자체 사이의 상대적인 정렬을 유지하게 한다. 이에 상응하여, 테이블이 교환되면, 노광 단계를 제어할 때 기판(W)(앞서서는 W' 였음)에 대한 측정 정보(202, 204)를 이용하려면, 투영 시스템(PS) 및 기판 테이블(WTb)(앞서서는 WTa 였음) 사이의 상대적인 위치를 결정하기만 하면 된다. 단계 212에서, 마스크 정렬 마크(M1, M2)를 사용하여 레티클 정렬이 수행된다. 단계 214, 216, 218에서, 여러 패턴들을 완전히 노광하기 위하여, 스캐닝 모션과 방사선 펄스가 기판(W) 전체에 걸친 연속적인 타겟 위치에 적용된다.
측정 스테이션에서 얻어진 것과 같은 정렬 데이터 및 높이 맵을 사용함으로써, 노광 단계를 수행할 때, 이러한 패턴들은 원하는 위치와 특히 동일한 기판 상에 앞서 배치된 피쳐에 대해서 정확하게 정렬된다. 이제 W"이라고 명명되는 노광된 기판이 단계 220에서 장치로부터 언로딩되어, 노광된 패턴에 따른 에칭 또는 다른 프로세스를 거치게 된다.
당업자는, 앞선 설명이 실제 제조 상황의 일 예에 수반된 여러 구체적인 단계들의 단순화된 개관이라는 것을 알게 될 것이다. 예를 들어, 단일 패스에서 정렬을 측정하는 것이 아니라, 흔히 동일하거나 상이한 마크를 사용하는 개략적 측정과 미세 측정의 별개의 단계들이 존재할 것이다. 개략적 측정 및/또는 미세 정렬 측정 단계는 높이 측정 전후에 수행될 수 있고, 또는 인터리빙될 수 있다.
도 3은 예를 들어 US6961116에서 설명되고 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 바와 같은 공지된 정렬 센서(AS)의 일 실시형태의 개략적인 블록도이다. 방사선 소스(RSO)는 하나 이상의 파장의 방사선의 빔(RB)을 제공하고, 이것은 우회 광학기에 의해서 마크, 예컨대 조명 스폿(SP)으로서 기판(W) 상에 위치된 마크(AM) 상으로 우회된다. 이러한 예에서, 우회 광학기는 스폿 미러(SM) 및 대물 렌즈(OL)를 포함한다. 마크(AM)를 조명하는 조명 스폿(SP)은 마크 자체의 폭보다 직경이 다소 작을 수 있다.
정렬 마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 정보를 운반하는 빔(IB)으로 시준된다(이러한 예에서는 대물 렌즈(OL)를 통하여). "회절된"이라는 용어는 마크로부터의 0차 회절을 포함하도록 의도된다(이것은 반사라고 불릴 수도 있음). 예를 들어 전술된 US6961116에 개시된 타입의 자기-참조 간섭측정계(SRI)는 빔(IB)이 자신과 간섭을 일으키게 하고, 그 이후에 빔은 광검출기(PD)에 의하여 수광된다. 두 개 이상의 파장이 방사선 소스(RSO)에 의하여 생성되는 경우에는 분리된 빔들을 제공하기 위하여 추가적인 광학기(미도시)가 포함될 수 있다. 광검출기는 단일 요소일 수 있고, 또는 소망되는 경우에는 여러 픽셀을 포함할 수 있다. 광검출기는 센서 어레이를 포함할 수 있다.
이러한 예에서는 스폿 미러(SM)를 포함하는 우회 광학기는 마크로부터 반사된 0차 방사선을 차단하는 역할을 할 수 있어서, 정보를 운반하는 빔(IB)이 마크(AM)로부터의 높은 차수의 회절된 방사선만을 포함하게 한다(이것은 측정하는 데에 있어서 본질적인 것은 아니지만 신호 대 잡음 비를 개선시킨다).
세기 신호(SI)가 처리 유닛(PU)에 공급된다. 블록(SRI)에서의 광학적인 처리와 유닛(PU)에서의 계산적인 처리를 조합함으로써, 기준 프레임에 상대적인 기판 상의 X- 및 Y-위치에 대한 값들이 출력된다.
예시된 타입의 단일 측정은 고정 마크의 위치를 마크의 하나의 피치에 대응하는 특정 범위 내로만 고정한다. 사인파의 어느 주기가 마크된 위치를 포함하는 주기인지를 식별하기 위하여, 더 개략적인 측정 기법이 함께 사용된다. 마크가 제조되는 재료와 마크가 놓인 위 및/또는 아래의 재료와 무관하게 정확도를 높이고 및/또는 마크를 강건하게 검출하기 위하여, 동일한 프로세스가 상이한 파장에서 더 개략적이고/또는 더 미세한 레벨로 반복될 수 있다. 파장들은 동시에 처리되도록 광학적으로 다중화되고 역다중화될 수 있고, 및/또는 이들은 시분할 또는 주파수 분할 방식으로 다중화될 수 있다.
이러한 예에서, 정렬 센서와 스폿(SP)은 실제로 정지 상태를 유지하는 반면에, 움직이는 것은 기판(W)이다. 따라서, 기판(W)의 이동 방향과 반대인 방향으로 마크(AM)를 실질적으로 스캐닝하는 동안, 정렬 센서는 기준 프레임에 단단하고 정확하게 탑재된다. 기판(W)은 이러한 이동에서 기판 지지대 상에 장착됨으로써 그리고 기판 지지대의 이동을 제어하는 기판 위치설정 시스템에 의해서 제어된다. 기판 지지대 위치 센서(예를 들어 간섭측정계)는 기판 지지대(미도시)의 위치를 측정한다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 (정렬) 마크가 기판 지지대 상에 제공된다. 기판 지지대 상에 제공된 마크의 위치를 측정하면, 위치 센서에 의해 결정되는 바와 같은 기판 지지대의 위치가 교정될 수 있게 된다(예를 들어 정렬 시스템이 연결된 프레임에 상대적으로). 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치가 측정되면 기판 지지대에 대한 기판의 위치가 결정될 수 있게 된다.
토포그래피의 비대칭 변형 또는 천이에 기인하여 잔여 토포그래피에 대해 정렬할 때에는 정확도의 부족이 존재하기 때문에, 광학적으로 불투명한 층을 통해서 정렬 마크를 측정하려는 소망이 존재한다. 투명-절삭부를 노출시키는 것은 가능하기는 하지만, 추가적인 공정 단계에 기인하여 흔히 매우 고가의 솔루션이다.
매설된 마크의 광-음향 검출이 실험을 통하여 시연되어 왔다. 이러한 광-음향 검출은, 예를 들어 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 WO2018137925A1에 설명된다. 광-음향 정렬은 현존하는 정렬 센서와 동일한 비-침습성 광학적 검출 방법론에 의존한다는 장점을 가진다. 이것은 불투명한 재료 내의 음향 펄스를 여기시키기 위해서 추가적인 펌프 펄스만을 요구한다. 그러면, 매설된 정렬 마크로부터의 음향 반사(acoustic reflection)가 프로브 펄스에 의해서 검출된다. 그러나, 공지된 광-음향 검출 방법에서는, 정렬 마크의 음향 복제본으로부터의 회절 효율이 매우 약해서, 충분한 신호-대-잡음 비를 얻기 위해서는 원치않게 긴 평균 시간이 요구된다. 현재, 이것이 이러한 기법이 웨이퍼 정렬에 적용되는 것을 제한한다.
도 4의 (a) 내지 도 4의 (d)는 광-음향 계측의 개념을 예시한다. 도 4의 (a)는 강한 펌프 펄스(PU)를 이용한 다층 스택(ST)의 표면의 여기를 보여준다. 그러면 결과적으로 스택의 상단 층 내에 음향 파(AW)가 생성된다. 이러한 음향 파(AW)는 광학적으로 불투명한 재료를 통해서 전파되고(도 4의 (b)) 다층 스택(ST)의 하단에 있는 매설된 정렬 마크(AM)로부터 반사된다. 반사 이후에, 음향 파면(acoustic wavefront; AW')은 매설된 정렬 마크의 형상을 닮게 된다. 반사된 음향 파(AW')는 표면으로 되전파되고(도 4의 (c)), 여기에서 표면을 물리적으로 변형시키며, 동시에 표면 근처의 재료의 광학적 속성을 변경한다. 음향 파의 파면이 정렬 마크(AM)의 공간적으로 주기적인 형상을 닮기 때문에, 표면의 변형 및 유전율의 변경도 동일한 공간적 주기성 및 정렬 마크의 위치를 따라가게 된다. 프로그래밍된 시간 지연 이후에, 프로브 펄스(PR)(도 4의 (d))가 매설된 정렬 마크의 반향-유도(echo-induced) 이미지(음향 복제본)를 검출하기 위해 사용된다. 웨이퍼에 걸쳐서 공간적으로 스캐닝하고 펌프-프로브 측정을 수행함으로써, 전술된 바와 같이, 표면으로부터의 펌프-유도 회절(DIFF)을 측정함으로써 매설된 정렬 마크의 존재를 결정하는 것이 가능해진다.
표면 거칠기에 기인하여, 프로브 광(PR) 중 일부는 언제나 검출기의 방향으로 회절(산란)된다. 이것을 해결하기 위하여, 두 개의 프로브 펄스들인 사전-펌프 펄스 및 사후-펌프 펄스로부터의 측정된 회절의 차이가 취해질 수 있다. 그러면 펌프 펄스로부터 초래된 회절에 있어서의 변화를 측정할 수 있게 된다. 그러나, 이러한 회절 변화의 크기는 대량 생산 시에 정렬 계측을 위해서 사용되기에는 너무 작다.
이러한 이슈를 해결하고 신호 세기를 증가시키기 위하여, 펌프 방사선의 흡수를 증가시키고 및/또는 프로브 측정을 위하여 음향 반사(표면에서의 격자 복제본)에 의해 유발된 회절 효율을 증가시키기 위하여 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP) 공명을 사용하는 것이 제안된다.
SPP는 금속 또는 금속-유사 재료(예를 들어, 금속 또는 비정질 탄소와 같은 다른 도전성 재료와 같이 높은 캐리어 밀도/높은 도전성을 가지는 재료) 및 유전체 사이의 계면에서의 전자기 광 필드 및 통전 전자의 가간섭성 발진의 커플링이다. SPP는 유전체 및 도전성 매질 사이의 계면에 구속된 전자기 파이다. SPP를 론칭하는 것은 공명 프로세스이고, 이를 고려하면, 모멘텀의 보존과 같은 특정 조건들이 달성되어야 한다. SPP는 공기 또는 진공에서 동일한 광 주파수를 가지는 입사 광의 파벡터(kx)보다 큰 파벡터(kSPP)를 가진 표면 광파로서 기술될 수 있다. 이러한 소위 파벡터 불일치는 여러 상이한 방법에 의하여 극복될 수 있다. 한 가지 방법은 격자 단위 셀 내의 주기적 서브-세그먼트화(sub-segmentation)를 사용하는 것인데, 이것은 고정된 파벡터(ksub)를 스스로 가지고 있으며 SPP의 여기를 단순화하기 위하여 입사 광학 파벡터에 가감될 수 있는 것으로 여겨질 수 있다. SPP를 론칭하면 결과적으로 재료의 흡수력의 증가(즉, 도전성 재료의 그 표면에서의 반사율의 감소)가 초래된다.
음향 회절 효율을 향상시키기 위하여 SPP를 활용하기 위해서, 특정 입사각에서 SPP와 공명을 이루는 마크의 제 1 부분(예를 들어, 서브-세그먼트화되지 않은 제 2 부분과 대조됨)의 서브-세그먼트화를 포함하는 전용 정렬 마크를 사용하는 것이 제안된다. SPP를 오직 수 개의(5 개보다 적음) 격자 선을 가지는 격자에서 효율적으로 여기시키는 것이 가능하다는 것이 증명되었다. 이러한 정렬 마크의 서브-세그먼트화는 상단 층의 잔여 토포그래피 내에서 미러링될 것이다; SPP가 생성될 곳은 서브-세그먼트화된 섹션의 이러한 잔여 토포그래피 상이다.
도 5는 스택(ST) 내에 포함된 이러한 정렬 마크(AM)의 일부의 개략도이다. 정렬 마크(AM)는 매설된 격자를 포함한다(즉, 선(AML) 및 공간(AMS)의 주기적 반복을 포함함). 격자 선 또는 격자 공간 중 어느 하나가 더 짧은 주기 d sub 를 가지고 서브-세그먼트화될 수 있도록 정렬 마크(AM)는 충분히 큰 주기 d를 포함한다. 이러한 특정한 예에서는 서브-세그먼트화되는 것이 정렬 마크 공간(AMS)이지만, 동일한 효과를 얻기 위해서 서브-세그먼트화되는 것은 마찬가지로 정렬 마크 선(AML)일 수 있다.
모멘텀 보존(|kx ±ksub|= |kSPP|)의 조건을 달성하고 SPP를 발생시키기 위하여, 여러 측정 파라미터들이 조절될 필요가 있다. 가장 관련성이 높은 파라미터들은:
- 입사 광의 파벡터(kx), 이것은 이제 입사 광 주파수 (즉, 입사 파장) 및 입사각 에 의해서 결정되고:
(여기에서 c는 광속이다).
- 서브-세그먼트화으로부터 결과적으로 얻어지는 파벡터(Ksub), 이것은 서브-세그먼트화의 주기(d sub )에 의하여 결정된다.
SPP의 파벡터(kSPP), 이것은 입사 광 주파수 및 도체의 유전 함수 및 유전체의 유전 함수에 의해 결정된다:
일 실시형태에서, 이러한 서브-세그먼트화으로부터의 잔여 토포그래피(RES)는 SPP가 펌프 방사선으로부터 생성될 수 있게 한다. 이러한 펌프-생성 SPP는 펌프 방사선의 흡수를 증가시켜서, 표면에서의 정렬 마크의 음향 복제본이 더 세지게 하며(진폭이 더 큼), 그러면 음향 복제본이 프로브 펄스에 의해 측정될 때 신호 세기가 증가된다.
다른 실시형태에서, 프로브 방사선은 잔여 토포그래피 상에서 SPP를 생성하도록 구성된다. 이것은, 정렬 마크(선 또는 공간일 수 있음)의 서브-세그먼트화된 부분에 대응하는(즉, 바로 위에 있는) 스택 표면에서의 흡수/반사를 변경함으로써 이를 수행한다. 이러한 방식으로, SPP 공명 파라미터가 반사된 음향 복제본에 의해서 음향학적으로 유발된 격자 진폭, 듀티-사이클, 형상 및 유전율에서의 변화에 민감하다는 사실에 기인하여, 서브-세그먼트화는 매설된 정렬 격자의 음향 복제본의 광학적 검출이 향상되게 한다. SPP에 기인하여, 정렬 마크의 서브-세그먼트화된 부분에 대응하는 반사에 있어서의 음향학적으로 유도된 변화는 비-서브-세그먼트화된 부분에 대응하는 음향학적으로 유도된 변화와 다르고, 이것이 표면에서의 정렬 마크 음향 복제본의 회절 효율을 개선한다.
이러한 실시형태들 양자 모두는 선행 기술의 방법에 비하여 개선된 측정 신호 세기를 획득하도록 격리되어 구현될 수도 있다. 그러나, 펌프 및 프로브 방사선 양자 모두가 잔여 토포그래피(residual topography) 상에 SPP를 생성하게끔 각각 구성되도록 두 가지 실시형태들이 함께 구현된다면 더 큰 개선이 얻어질 수 있다.
도 6은 SPP 공명 상의 펌핑에 기인한 펌프 펄스의 개선된 흡수를 예시하는 개략도이다(즉, 펌프 방사선은 SPP 공명 조건을 만족시키도록 구성됨). SPP가 정렬 마크의 잔여 토포그래피(RES)의 서브-파장 세그멘트화된 격자 선 상에서 여기되도록, 펌프 펄스 빔(PP)은 파장 및 입사각을 가진다. 이러한 SPP는 결과적으로 잔여 토포그래피(RES) 상에 향상된 흡수의 구역(EAB)이 생기게 하여, 펌프 광이 이러한 구역(EAB)에서 스택 내로 더 효율적으로 흡수되게 한다. 그러면 서브-파장 세그멘트화된 격자 선을 사용하지 않고 얻어졌을 것보다 더 큰 진폭의 음향 파(AW)가, 향상된 흡수의 구역(EAB) 아래에 생기게 된다. 이러한 더 큰 진폭 음향 파는 매설된 정렬 마크(AM)로부터 반사되어 표면으로 다시 이동하는 음향 복제본을 생성할 것이다. 이러한 음향 복제본은 SPP가 펌프 방사선에 의해 생성되지 않았다면 더 큰 진폭을 가지게 되고, 따라서 이러한 음향 복제본의 프로브 측정은 더 강한 신호를 생성할 것이다.
도 7은 프로브 펄스를 SPP 공명 주파수에 맞게 조절함으로써 개선된 회절 효율을 예시하는 개략도이다. 프로브 펄스(PR)는 반사된 음향 파(AW')를 회절시킨다. 그러나, 프로브 펄스도 SPP 공명 주파수에 맞게 조절된다(예를 들어, 입사각 및/또는 서브-세그먼트화 피치를 통하여). SPP는 주어진 입사각에 대하여 파장의 함수로서 매우 좁은 흡수/반사 공명을 보여준다. 이와 같이, 서브파장 피치 서브-세그먼트화의 진폭 및/또는 듀티-사이클에서의 변화는 SPP 공명의 폭, 세기 및 파장에서의 변화를 초래한다. 이러한 변화는 매설된 격자로부터 돌아오는 음향 반향에 의해 유발된 재료 밀도 변화에 기인하여 생길 수 있다. 플라즈모닉-격자(plasmonic-grating)를 이용하여 서브-세그먼트화된 정렬 마크의 일부는 그 위에 프로브가 커플링되어 SPP를 생성할 잔여 토포그래피(도면에서는 반사된 음향 파(AW')에 의하여 부분적으로 차단됨)를 형성한다. SPP 공명에서 또는 그 근처에서 광학적으로 프로빙(probing)함으로써, 프로브 펄스의 반사가 구조화되지 않은 표면과 비교할 때 이러한 변화에 훨씬 더 민감해진다.
음향 파가 없으면, 표면에서의 SPP의 존재가 이전의 실시형태에서 설명된 원리에 따라서 공명 상태이고/공명 상태에 가까운 인입하는 프로브 빔의 반사를 감소시킬 것이다. 그러나, 펌프-생성(pump-generated) 음향 파는 서브-세그먼트화된 플라즈모닉 격자의 격자 선들을 압축하고 축소시키며, 서브-세그먼트화된 격자의 격자 선의 진폭/형상을 변경한다. 그러면 SPP 공명 조건의 천이가 초래되고, 이것이 서브-세그먼트화된 격자의 음향 복제본으로부터 반사되는 광량을 변경할 것이다. SPP 공명의 이러한 천이는, 음향 파가 서브-세그먼트화된 격자 부분(선 또는 공간)을 확장 또는 축소시키는지 여부에 의존하여 반사량을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 변화는 서브-세그먼트화 바로 위의 표면 구역에서만 일어난다.
이와 같이, SPP 공명이 일반적으로 반사를 감소시키는 반면에, 음향 파가 존재하면, 이미 SPP에 의해 유발된 감소된 반사에 상대적으로, 서브-세그먼트화된 격자 부분의 반사율이 음향 파가 격자를 확장하는지 축소시키는지 여부에 의존하여 증가 또는 감소될 것이다.
그러므로, 음향 파는 표면으로 돌아가는 정렬 마크(AM)의 선 및 공간 양자 모두의 속성을 변경한다. 그러나, 비-서브-세그먼트화된 부분 예를 들어, 도 7의 예에서 선)에 상대적으로 서브-세그먼트화된 부분(예를 들어, 도 7의 예에서는 공간)의 음향 파-유발 반사 변화는 더 클 것이다. 비-서브-세그먼트화된 부분에 대한 서브-세그먼트화된 부분(예를 들어, 선에 대한 공간)의 반사율 변화에서의 차이는 정렬 마크(또는 좀 더 구체적으로는 음향 복제본)의 증가된 회절 효율을 초래한다. 이와 같이, 회절 효율에 있어서의 이러한 증가는 선 및 공간이 반사에 있어서의 상이한 음향 파-유발 변화를 경험한다는 사실로부터 일어난다.
도 8은 시간 간격 t에 대한 펌프 및 프로브 펄스 사이의 펌프-유발 반사율 변화 ΔR/R0의 그래프이다. 프로브 파장이 700nm인 제 1 그래프(700) 및 프로브 파장이 660nm인 제 2 그래프(660)인 두 개의 그래프가 도시된다. 구성은 SPP 공명 파장이 650 nm에 위치되게 이루어진다. 각각의 그래프에 대하여 펌프 펄스는 동일했다; 그러나 음향 파에 대한 감도는 SPP 공명에 있거나 그 근처에 있는 프로브 파장을 이용하여 측정될 때에 훨씬 더 세다. 이러한 예에서, 프로빙 신호 역시 SPP 공명에 정확하게 일치하지는 않지만 그 가까이에서 향상된다는 것을 보여주기 위해서 프로빙 파장은 650 nm가 아니라 660 nm이다. 공명이 유한한 폭을 가진다는 점에 있어서 상황이 더 복잡해지는 반면에, 일부 타입의 음향 파에 의해 유발된 광학 신호 변화가 정확하게 SPP 공명에서 그들의 가장 강한 향상을 보여주고 다른 것들은 공명의 경사에서만 향상된다. 그러나, 본 명세서의 콘텍스트에서는, SPP 공명 파장에 있거나 그 근처에 있는 파장을 가진 프로브 방사선은 프로브 방사선 파장이 SPP 공명 파장으로부터 40nm 이내, 30nm 이내, 20nm 이내, 15nm 이내 또는 10nm 이내에 있다는 것을 기술할 수 있다.
이러한 방식으로 흡수를 증가시키기 위하여 펌프 방사선 또는 프로브 방사선에 의하여 SPP를 생성하는 추가적인 이점은, 흡수 주파수(즉, SPP 공명 주파수)의 선택에 있어서 더 큰 유연성이 제공된다는 것이다. 이러한 흡수 주파수는 벌크 재료의 공명(예를 들어 대역간(interband) 공명)이 사용될 경우에 고정된다. 서브-세그먼트화된 격자 선의 잔여 토포그래피는 SPP가 여기될 수 있게 하고, 이것은 재료가 그렇지 않았으면 훨씬 더 적은 흡수를 보여줬을 파장 범위 내에서 흡수가 증가된다. 이와 같이, 이러한 흡수 주파수에 가까운 펌프 방사선 및/또는 프로브 방사선을 사용함으로써, 회절 효율이 증가될 수 있다. SPP의 중심 파장/흡수 주파수는 서브-세그먼트화 주기, 입사각 및 입사 파장에 의존한다; 따라서 이러한 파라미터들 중 처음 두개는 펌프 방사선 및/또는 프로브 방사선에 대한 편리한 파장 범위, 예를 들어 적절한 광원이 사용될 수 있는 범위를 선택하는 데에 있어서 추가적인 유연성을 제공하기 위해서 조절될 수 있다. 파장이 고정되면(예를 들어, 특정 소스가 사용되어야 하는 경우), SPP 공명 주파수는 입사각 및/또는 서브-세그먼트화 주기를 변경함으로써 조절될 수 있다. 0도의 입사각(수직 입사)도 가능한데, 이것은 SPP 공명 파장이 적절한 서브-세그먼트화 주기(또는 입사 파장)를 선택함에 의해서만 조절될 수 있다는 것을 의미한다.
설명된 첫 번째 실시형태가 음향 파 진폭을 향상시키기 위해서 사용되고, 설명된 두 번째 실시형태가 매설된 격자로부터 반사된 음향 파의 존재에 대한 광학 감도를 향상시키기 위해서 사용되도록, 전술된 두 가지 실시형태들은 결합될 수 있다.
도 9는 이러한 결합된 실시형태를 구현하기에 적합한 정렬 배열체의 개략도이다. 여기에서는 유도식 미러(GM)에 의해 표현된 적절한 빔 전달 배열체를 통해서 정렬 마크(AM)(예를 들어, 매설된 AM)로 펌프 빔(PB)을 출력하는 펌프 방사선 소스(PS)에 의해 펌프 방사선이 생성될 수 있다. 정렬 센서(AS)가 프로브 펄스를 전달하기 위하여 사용된다. 정렬 센서(AS)는 표준 정렬 센서일 수 있고, 여기에서는 프로브 빔(PB)을 출력하는 프로브 소스(PRS)(현실에서는 정렬 센서(AS)의 밖에 있을 수 있음), 대물 렌즈(OL), 조명 렌즈(IL), 검출기(DET)(역시 정렬 센서 밖에 포함될 수 있음), 및 두 개의 이미지 회전 프리즘(IRP+90, IRP-90)을 포함하는 것으로 도시되는데, 이들은 회절 차수를 +90도 및 -90도만큼 각각 회전시킨다. 이러한 정렬 센서의 기본적인 동작은 잘 알려져 있고 앞서 간략히 설명되었으며, 따라서 더 설명되지 않을 것이다.
펌프 방사선 및 프로브 방사선은 상이한 파장들을 포함하고, 그들의 각각의 입사각과 조합되어(이러한 예시적인 예에서 펌프 방사선 빔(PB)은 입사각 θ를 가지고 프로브 빔(PRB)은 수직 입사를 가짐), SPP를 여기시키도록 각각 구성된다. 두 가지 실시형태들에 대해서 설명된 효과들 양자 모두가, 프로브 펄스에 의해 측정될 때 매설된 정렬 격자의 음향 복제본의 회절 효율을 증가시킬 것이다.
예를 들어, 오프 공명 흡수(absorption off resonance)에 상대적으로 5nm 잔여 토포그래피에 대한 온 공명 흡수(absorption on resonance)는 3의 인자만큼 증가한다는 것이 증명될 수 있다. 따라서, 음향 파 진폭도 3의 인자만큼 증가하고, 결과적으로 32=9의 인자만큼의 음향 복제본의 회절 효율에서의 증가가 얻어진다. 추가적으로, 음향 파는 주파수-의존적인 유전율에 추가하여 서브-세그먼트화의 진폭 및 듀티 사이클을 변경할 수 있다. 이제, 이것은 SPP 공명의 형상(깊이, 폭) 및 파장을 변경하는데, 이것은 SPP 공명 파장 또는 그 근처에서의 반사 계수를 즉시 증가 또는 감소시킨다. 큰 진폭 격자(>15 nm)의 경우 SPP 공명 천이가 반사 변화를 주도하지만, 낮은 진폭 격자에 대해서는 SPP 공명의 깊이에서의 변화가 이것을 주도한다. 따라서, 음향 파에 의해 초래된 서브-파장 세그멘트화된 격자 진폭에서의 200 피코미터 변화가 반사에 있어서의 0.5 % 변화를 초래할 것이고, 이것은 SPP 공명이 없을 경우에 관찰되는 값보다 훨씬 높다는 것이 증명될 수 있다. 그러면 격자 공간 상에서의 반사의 0.5%의 증가가 초래되는 반면에, 격자 선의 반사는 변경되지 않고 남게 된다(또는 그 반대의 경우도 마찬가지이다). 격자 선 및 공간 사이의 반사에 있어서의 이러한 차이는 SPP를 생성하지 않는 펄스-프로브 측정 보다 약 4*10-4, 즉 여섯 자릿수가 더 큰 음향학적으로 유발된 회절 효율을 초래할 수 있다.
도 10은 스택(ST) 내에 포함된 정렬 마크(AM)의 개략도이다. 도 5에서 단면도로 표현된 정렬 마크(AM)가 도 10의 (a)에서는 상면도로 표시되는데, 여기에서 정렬 마크 선(AML)은 임의의 서브-세그먼트화를 보유하지 않고, 정렬 마크 공간(AMS)은 주기적 서브-세그먼트화를 보유하며, 서브-세그먼트화는 표면 상에서 잔여 토포그래피(RES)로서 보이게 된다. 그러므로, 정렬 마크는 정렬 마크 공간(AMS) 내에 주기적 서브-세그먼트화를 포함하는 제 1 부분을 가진다. 주기적 서브-세그먼트화를 포함하는 제 1 부분 서브-세그먼트화를 포함하는 제 2 부분을 포함하는 도 10의 (b) 및 도 10의 (c)에 본 발명의 추가적인 실시형태가 도시된다. 도 10의 (b)의 예에서, 제 2 부분의 주기적 서브-세그먼트화는 dsubl의 피치를 가지고, 제 1 부분의 주기적 서브-세그먼트화는 dsubs의 피치를 가진다. 다르게 말하면, 정렬 마크 공간(AMS)은 피치 dsubs를 가지는 주기적 서브-세그먼트화를 가지고, 정렬 마크 선(AML)은 피치 dsubl을 가지는 주기적 서브-세그먼트화를 가진다. 도 10의 (b) 및 도 10의 (c)에 예시된 바와 같이, 정렬 마크 선(AML)의 피치의 방향은 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 정렬 마크 공간(AMS)의 피치와 나란할 수 있거나, 정렬 마크 선(AML)의 피치의 방향은 정렬 마크 공간(AMS)의 피치에 직교할 수도 있다. 특히 도 5, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 프로브 펄스(PR) 또는 펌프 펄스(PP)를 이용하여 조명될 때의 타겟의 동작의 설명에서 설명된 바와 같이, 타겟의 제 2 부분 내의 주기적 서브-세그먼트화는 향상된 흡수(EAB)를 생성하고, 따라서 도 10의 (b) 및 (c)의 타겟 배열체의 경우, 두 개의 향상된 흡수(EAB) 구역들이 존재한다. 일 실시형태에서, 정렬 마크 공간에 대응하는, 피치 dsubs를 가진 주기적 서브-세그먼트화를 포함하는 타겟의 제 1 부분이 펌프 펄스(PP)를 이용하여 조명될 경우에 SPP를 생성하기에 적합한 반면에, 정렬 마크 선애 대응하는, 피치 dsubl을 가진 주기적 서브-세그먼트화를 포함하는 타겟의 제 2 부분은 프로브 펄스(PR)를 이용하여 조명될 경우에 SPP를 생성하기에 적합하다. 그러므로, 도 10의 (b) 및 (c)의 타겟 배열체가 있으면, 동일한 타겟 배열체 상에서 펌프 펄스(PP) 및 프로브 펄스(PR) 양자 모두의 향상된 흡수를 활용하여 정렬 마크의 위치를 측정하는 것이 가능해진다. 제 1 및 제 2 부분 각각은 이용가능한 조명 조건인 펌프 펄스(PP) 또는 프로브 펄스(PR) 중 하나에 맞도록 설계된다. 일 실시형태에서, 정렬 마크 공간은 제 3 부분을 포함할 수 있어서, 정렬 마크 공간(AMS)이 프로브 펄스(PR)와 함께 사용되도록 설계되는 경우에, 프로브 펄스(PR)의 제 2 파장이 사용될 수 있게 한다.
금속(또는 좀 더 일반적으로는, 도전성) 표면의 조성도 역시 SPP가 특정 파장 범위 내에서 여기되도록 선택될 수 있다는 것에 주목할 수 있다. 예를 들어, 높은 캐리어 밀도(높은 도전성)를 가진 재료는 가시광 방사선을 사용하여 여기될 수 있는 반면에, 더 낮은 캐리어 밀도를 가진 재료(예를 들어, 비정질 탄소)는 IR 방사선을 사용하여 여기될 수 있다.
선행 기술의 방법의 경우에서와 같이, 본 명세서에서 설명되는 개념에 따른 정렬 측정은 사후-펌프 프로브 측정 및 사전-펌프 프로브 측정 사이의 차이값을 포함할 수 있다.
전술된 설명은 전체적으로 정렬 계측의 콘텍스트에서 기술되었다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 개념은 매설된 타겟을 임의의 다른 계측 목적(예를 들어, 오버레이 계측, 초점 계측)을 위해서 측정하기 위해서 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 정렬 계측에도 정렬 마크의 측정에도 한정되지 않고, 임의의 적절한 계측 타입 및 계측 타겟의 임의의 적절한 타입의 측정에 관한 것이다.
비록 본 발명의 특정한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
비록 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서 본 발명의 실시형태를 사용하는 것에 대해 특정하여 언급하였지만, 본 발명이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있고, 콘텍스트가 허용하는 경우 광 리소그래피로 제한되는 것이 아니라는 것이 인정될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 적용함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.
본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 1-100 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.
본 명세서에 사용된 "렌즈"라는 용어는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자기, 및 정전기 광 성분을 포함하는 다양한 타입의 광 성분 중 임의의 것 또는 조합을 가리킬 수 있다. 반사형 컴포넌트들은 UV 및/또는 EUV 범위에서 동작하는 장치 내에서 사용될 가능성이 있다.
본 발명의 적용 범위 및 범위는 전술한 예시 실시형태의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안 되며, 후속하는 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (21)

  1. 적어도 하나의 층 아래에서 기판 상에 위치된 타겟을 측정하기 위한 방법으로서,
    상기 적어도 하나의 층 내에 음향 파를 생성하기 위하여 상기 적어도 하나의 층을 적어도 하나의 펌프 파장을 포함하는 펌프 방사선으로 여기시키는 단계 - 상기 음향 파는 상기 타겟으로부터 반사됨으로써 상기 기판의 표면에 상기 타겟의 음향 복제본(acoustic replica)을 생성함 -;
    상기 음향 복제본을 적어도 하나의 프로브 파장을 포함하는 프로브 방사선으로 조명하는 단계; 및
    상기 음향 복제본으로부터 산란된, 결과적으로 얻어지는 산란된 프로브 방사선을 캡쳐하는 단계
    를 포함하고,
    상기 여기시키는 단계 및 상기 조명하는 단계 중 하나 또는 양자 모두는,
    상기 타겟으로부터 결과적으로 얻어진 상기 적어도 하나의 층의 잔여 토포그래피(residual topography) 상에 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polaritons; SPPs)을 생성하는 것을 포함하는, 타겟 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟은 주기적 구조체를 포함하고,
    상기 주기적 구조체는 상기 주기적 구조체의 제 1 부분의 주기적 서브-세그먼트화(sub-segmentation)를 포함하는, 타겟 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주기적 구조체는 선 및 공간의 반복을 포함하고,
    상기 주기적 서브-세그먼트화를 포함하는 제 1 부분은 상기 선 또는 상기 공간 중 하나를 포함하는, 타겟 측정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 방사선의 입사각 및 상기 펌프 파장은, 상기 SPP가 상기 펌프 방사선에 의해 상기 잔여 토포그래피 상에 생성되도록 되어 있는, 타겟 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 SPP는 상기 펌프 방사선의 적어도 일부의 상기 적어도 하나의 층 안으로의 흡수를 증가시키는, 타겟 측정 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브 방사선의 입사각 및 상기 프로브 파장은, 상기 SPP가 상기 프로브 방사선에 의해 상기 잔여 토포그래피 상에 생성되도록 되어 있는, 타겟 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 SPP는, 상기 타겟의 제 1 부분에 대응하는 상기 적어도 하나의 층의 반사율 특성을 상기 타겟의 제 2 부분에 대응하는 상기 적어도 하나의 층의 반사율 특성에 상대적으로 변경하는, 타겟 측정 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브 방사선의 입사각은 상기 펌프 방사선의 입사각과 상이한, 타겟 측정 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 파장은 상기 프로브 파장과 상이한, 타겟 측정 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 파장 및/또는 상기 프로브 파장은 상기 SPP의 생성을 위하여 공명 파장으로부터 30nm 내에 속하는, 타겟 측정 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 파장 및/또는 상기 프로브 파장은 상기 SPP의 생성을 위하여 공명 파장으로부터 15nm 내에 속하는, 타겟 측정 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 공명 파장이 선호 파장을 포함하도록 상기 프로브 방사선의 입사각 및/또는 상기 타겟의 기하학적 구조를 구성하는 단계를 포함하는, 타겟 측정 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟은 정렬 마크를 포함하고,
    상기 여기시키는 단계 및 상기 조명하는 단계는 정렬 측정의 일부를 형성하는, 타겟 측정 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 타겟 위의 상기 적어도 하나의 층을 상기 여기시키는 단계 이전에 조명하도록 초기 조명하는 단계를 수행하고, 상기 타겟 위의 상기 적어도 하나의 층으로부터 산란된, 결과적으로 얻어지는 산란된 프로브 방사선을 캡쳐하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은,
    관심 파라미터에 대한 차이값을, 상기 여기시키는 단계에 후속하여 수행된 상기 조명하는 단계로부터 획득된 제 1 관심 파라미터 값 및 상기 초기 조명하는 단계로부터 획득된 제 2 관심 파라미터 값의 차이로서 결정하는 단계를 더 포함하는, 타겟 측정 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 층은 상기 펌프 방사선 및/또는 프로브 방사선에 대하여 불투명한, 타겟 측정 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 동작가능한 계측 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 계측 디바이스는,
    상기 펌프 방사선을 생성하기 위한 펌프 소스 및 상기 프로브 방사선을 생성하기 위한 프로브 소스를 포함하는, 계측 디바이스.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 계측 디바이스는 정렬 센서인, 계측 디바이스.
  19. 제 18 항의 정렬 센서를 포함하는, 리소그래피 장치.
  20. 제 1 항에서 사용되기 위한 타겟으로서,
    상기 타겟은 주기적 구조체를 포함하고,
    상기 주기적 구조체는 주기적 서브-세그먼트화를 가지는 제 1 부분을 적어도 포함하는, 타겟.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 타겟의 주기적 구조체는 주기적 서브-세그먼트화를 가지는 제 2 부분을 포함하는, 타겟.
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