KR102616712B1 - 계측 방법, 패터닝 디바이스, 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

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페트릭 워나르
더 샤 마우리츠 반
나마라 엘리엇 제라드 엠씨
뵈프 아리 제프리 덴
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무라트 보즈쿠르트
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카우스투베 바타차리야
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Abstract

오버레이 측정 방법은 기판(W) 상에 형성된 한 쌍의 서브타겟(1032, 1034) 상의 위치들(LOI)로부터의 복수의 비대칭 측정을 이용한다. 각각의 서브타겟에 대해, 복수의 비대칭 측정은 서브타겟 내에 설계되는 알려진 바이어스 변동에 기초하여 비대칭과 오버레이 사이의 적어도 하나의 예상된 관계(1502, 1504)에 피팅된다. 일례로서 연속적인 바이어스 변동이 상부 및 하부 격자의 피치(P1/P2)를 변경함으로써 제공된다. 이러한 쌍의 서브타겟들 간의 바이어스 변동은 동일한 크기이지만 서로 반대이다(P2/P1). 오버레이(OV)는 2개의 서브타겟에 대한 피팅된 관계들 간의 상대적인 시프트(xs)에 기초해 계산된다. 비대칭 측정을 적어도 하나의 예상된 관계에 피팅하는 단계는, 예상된 관계로부터 벗어나고 및/또는 피팅된 관계의 특정 세그먼트의 범위 밖에 있는 측정(1506, 1508, 1510)을 전적으로 또는 부분적으로 감가하는 단계를 포함한다.

Description

계측 방법, 패터닝 디바이스, 장치 및 컴퓨터 프로그램
본 출원은 2018년 10월 8일자로 출원된 EP 출원 제18199182.9호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기법에 의한 디바이스의 제조에 이용 가능한 계측을 위한 방법 및 장치, 그리고 리소그래피 기법을 사용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 방법에서 이용가능한 패터닝 디바이스 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 일반적으로 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용하는 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그러한 경우, 마스크 또는 레티클이라고도 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층상에 형성될 회로 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나의 다이 또는 수 개의 다이를 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하는 데 종종 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 오버레이(디바이스 내의 2개의 층들 사이의 정렬 정확도에 대한 척도)를 측정하기 위한 전문화된 툴을 포함하여 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 오버레이는 2개의 층 사이의 오정렬의 정도로 기술될 수 있는데, 예를 들어 1nm의 측정된 오버레이에 대한 언급은 2개의 층이 1nm만큼 오정렬된 상황을 나타낼 수 있다.
최근, 리소그래피 분야에서 사용하기 위한 다양한 형태의 스캐터로미터가 개발되어 왔다. 이들 디바이스는 방사선 빔을 타겟 상으로 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들어, 파장의 함수로서의 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 얻고, 그로부터 타겟의 관심 특성을 결정할 수 있다. 관심 특성의 결정은 다양한 기법, 예를 들어 엄격 결합파 해석 또는 유한 요소 방법 등의 반복적인 접근법에 의한 타겟의 재구성; 라이브러리 탐색; 및 주성분 분석 등에 의해 수행될 수 있다.
기존의 스캐터로미터에 의해 사용되는 타겟은, 예컨대 40μm × 40μm 격자와 같은 비교적 큰 격자이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿을 생성한다(즉, 격자가 언더필됨). 이로써 타겟의 수학적 재구성이 단순화되는데, 이는 타겟이 실질적으로 무한하다고 간주될 수 있기 때문이다. 그러나, 예를 들어, 타겟이 스크라이브 레인보다는 제품 피처들 사이에 위치될 수 있도록, 타겟의 크기를 예컨대 10 ㎛ × 10 ㎛ 이하로 줄이기 위해서, 격자가 측정 스폿보다 작게 만들어진 계측법이 제안되어 왔다(즉, 격자가 오버필됨). 통상적으로 이러한 타겟은 0차 회절 차수(정반사에 대응)가 차단되고 더 높은 차수만이 처리되는 암시야 계측법을 이용하여 측정된다. 암시야 계측법의 예는 국제 특허 출원 WO　2009/078708 및 WO　2009/106279 에서 찾을 수 있으며, 이들 문헌은 원용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다. 이러한 기법의 추가 발전사항은 특허 공보 US20110027704A, US20110043791A 및 US20120242970A에 기재되어 있다. 처리량을 개선하기 위한 장치의 수정예는 US2010201963A1 및 US2011102753A1에 기재되어 있다. 이러한 문헌 모두의 내용 또한 원용에 의해 본원에 포함된다. 회절 차수의 암시야 검출을 이용하는 회절 기반 오버레이는 보다 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스폿보다 작을 수 있고 웨이퍼 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수 있다. 타겟은 하나의 이미지 내에서 측정될 수 있는 다수의 격자를 포함할 수 있다.
공지된 계측 기법에서는, -1 및 +1 회절 차수 세기를 별도로 얻기 위해 오버레이 타겟을 회전시키거나 조명 모드 또는 이미징 모드를 변경하면서, 특정 조건 하에서 오버레이 타겟을 두 번 측정함으로써 오버레이 측정 결과를 얻는다. 주어진 오버레이 타겟에 대한 세기 비대칭, 즉 이들 회절 차수 세기의 비교는 타겟에 있어서의 비대칭의 측정치를 제공한다. 오버레이 타겟에서의 이러한 비대칭은 오버레이(2개의 층의 원치 않는 오정렬)의 지표로서 사용될 수 있다.
4개의 별개의 서브타겟을 사용하는 공지된 방법에서는, 패터닝된 영역의 특정 부분이 엣지 효과로 인해 사용될 수 없다. 반도체 제품 설계에서 공간의 효율적인 이용은 매우 중요하다. 2개의 특정 오프셋만 사용하게 되면 위에서 언급한 선형성에 대한 가정이 강요되므로, 실제 관계가 비선형일 때 부정확해질 수 있다. 사용되는 공지된 설계에서 오프셋의 수를 늘리면 사용되는 공간이 늘어날 것이다.
정확도를 높이고 및/또는 타겟을 위해 사용되는 공간을 줄이면서, 오버레이 또는 기타 성능 파라미터의 계측을 수행할 수 있는 것이 바람직하다.
제1 양태에서 본 발명은 첨부된 청구항 1에 규정된 바와 같이 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 측정하는 방법을 제공한다.
제2 양태에서 본 발명은, 리소그래피 장치에서 사용되는 패터닝 디바이스를 추가로 제공하며, 상기 패터닝 디바이스는 하나 이상의 디바이스 패턴을 규정하는 부분 및 하나 이상의 계측 패턴을 규정하는 부분을 포함하고, 상기 계측 패턴은 전술한 바와 같은 본 발명의 제1 양태의 방법에서 사용되는 적어도 하나의 타겟을 포함하고, 상기 타겟은 타겟 상의 위치들 간에 바이어스 변동을 가지며, 상기 바이어스 변동은 비대칭-관련 속성에 있는 것이다.
본 발명은 또한 계측 장치를 제공하는데, 타겟을 방사선으로 조명하도록 구성된 조명 시스템 및 타겟의 조명으로부터 발생하는 산란 방사선을 검출하도록 구성된 검출 시스템을 포함하고, 계측 장치는 전술한 바와 같은 본 발명의 제1 양태의 방법을 수행하도록 동작할 수 있다.
본 발명은 추가적으로, 적절한 프로세서 제어 장치 상에서 실행될 때 프로세서 제어 장치로 하여금 제1 양태의 방법을 수행하게 하는 프로세서 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 및 그러한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 캐리어를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 동작뿐만 아니라 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 상세히 설명할 것이다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이러한 실시예는 단지 예시의 목적으로 여기에 제시된다. 추가적인 실시예는 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
이제 본 발명의 실시예에 관해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3은 (a) 제1 쌍의 조명 개구를 이용하여 타겟을 측정하는 데 사용하기 위한 암시야 스케터로미터의 개략도; (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부 사항; (c) 회절 기반 오버레이 측정을 위해 스캐터로미터를 이용함에 있어서 추가적인 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 개구; 및 (d) 제1 쌍 및 제2 쌍의 개구를 조합한 제3 쌍의 조명 개구를 나타낸다.
도 4은 다중 격자 타겟의 공지된 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 개요를 나타낸 것이다.
도 5는 도 3의 스캐터로미터에서 획득한 도 4의 타겟의 이미지를 나타낸다.
도 6은 본 명세서의 일 양태에 따른 연속적인 바이어스 피처를 포함하는 다중 격자 타겟의 제1 예를 나타낸다.
도 7는 도 3의 스캐터로미터에서 획득한 도 6의 타겟의 이미지를 나타낸다.
도 8은 본 명세서의 일 실시예에 따라 (a) 제로 오버레이 및 (b) 비제로 오버레이의 조건 하에서 도 6의 타겟의 하나의 격자 내에서 연속적인 바이어스의 구현을 개략적으로 상세히 나타낸 것이다.
도 9는 본 명세서의 일 실시예에 따라 도 6의 다중 격자 타겟 내에서 연속 바이어스 격자의 배열을 개략적으로 상세히 나타낸 것이다.
도 10은 본 명세서의 일 양태에 따른 연속적인 바이어스 피처를 포함하는 수정된 다중 격자 타겟의 제2 예를 나타낸다.
도 11는 도 3의 스캐터로미터에서 획득한 도 10의 타겟의 이미지를 나타낸다.
도 12(a)는 도 10의 타겟의 하나의 격자 내에서 연속적인 바이어스의 구현을 개략적으로 상세히 나타낸 것이며, (b)는 그러한 격자 내에서 위치에 따른 바이어스의 변동을 나타낸 것이다.
도 13은 본 명세서의 일 실시예에 따라 (a) 제로 오버레이 및 (b) 비제로 오버레이의 조건 하에서 도 10의 다중 격자 타겟의 2개의 격자 내에서 연속적인 바이어스의 구현을 개략적으로 상세히 나타낸 것이다.
도 14은 도 3의 스캐터로미터를 이용하는 오버레이 측정 방법의 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 15는 본 명세서의 일 실시예에 따라 오버레이 오차의 계산 원리의 도표식 설명을 포함하여 (a)는 도 13에 도시된 격자 중 첫 번째 격자와 관련한 신호 처리를 나타내고, (b)는 도 13에 도시된 격자 중 다른 격자와 관련한 신호 처리를 나타낸 것이다.
도 16은 본 명세서의 다른 실시예에 따라 앵커 포인트의 제공을 포함하는 수정된 다중 격자 타겟의 2개의 격자 내에서 연속 바이어스의 구현을 개략적으로 상세히 나타낸 것이다.
도 17(a)는 도 16의 다중 격자 타겟에서 앵커 포인트의 일례로서 바이어스 기울기 변화를 포함하는 것을 나타내고, (b)는 비제로 오버레이 조건 하에서 도 16에 도시된 격자로부터 획득한 비대칭 신호를 나타내며, (c)는 앵커 포인트에 대한 지식을 사용하여 비대칭 신호를 수정하는 것을 나타낸다.
도 18은 본 명세서의 다른 예에 따라 연속적인 바이어스에 대한 대안으로서 다단(multi-step) 바이어스를 갖는 격자의 예를 도시한다.
도 19는 본 명세서의 다른 예에 따라 이중 바이어스 격자를 갖는 다중 격자 타겟을 예시한다.
도 20은 L자형 피처에 기초하여 두 방향으로 오버레이 바이어스를 갖는 대안적인 격자 타겟을 예시한 것이다.
도 21은 바이어스 영역의 다단(multi-step) 배열을 포함하도록 수정된, 도 20의 격자의 수정된 버전을 예시한다.
도 22는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따라 L자형 피처의 회전에 의해 연속적인 바이어스를 포함하도록 수정된, 도 20의 격자의 또 다른 수정된 버전을 예시한다.
도 23 및 24는 도 21의 배열에 기초하여 4개의 사분면에서 바이어스 영역의 다단(multi-step) 배열을 갖는 타겟을 예시한다.
본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 리소그래피 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 광학 시스템(조명기)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 특정 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트로 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성된 투영 광학 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 광학 시스템은 방사선을 지향, 성형(shaping) 또는 제어하기 위한, 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전기형 또는 그 외 다른 유형의 광학 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합 등의 다양한 유형의 광학 또는 비광학 컴포넌트를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에 유지되고 있는지 여부 등의 기타 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 기계식, 진공식, 정전식 또는 다른 클램핑 기술을 사용하여 패터닝 디바이스를 유지할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 이동가능한 프레임 또는 테이블이 될 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있다. 본 명세서에서 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상-시프팅 피처 또는 소위 어시스트 피처를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 점에 주목해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성되는 디바이스의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피에서 잘 알려져 있으며 바이너리, 교번 위상 시프트 및 감쇠 위상 시프트와 같은 마스크 타입은 물론 다양한 하이브리드 마스크 타입을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예는 입사하는 방사선 빔을 다양한 방향으로 반사시키도록 각각 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 미러의 매트릭스 배열을 채용한다. 기울어진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 투과형(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)이다. 대안적으로, 장치는 반사형(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 채택하거나, 반사형 마스크를 채택함)일 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있다. 액침액은 또한 리소그래피 장치의 다른 공간, 예를 들어, 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수 있다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키기 위해 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 함을 의미하는 것이 아니라 오히려 액체가 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 위치한다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 개체일 수 있다. 그러한 경우에, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 여겨지지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 이와 다른 경우, 예를 들어 방사선 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부분일 수 있다. 방사선 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경방향 치수(일반적으로 각각 외측-σ 및 내측-σ로 지칭됨)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(IN) 및 집광기(CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 조명기는 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지난 후, 투영 광학 시스템(PS)을 통과하여, 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔이 포커싱되고, 타겟부(C) 상에 패턴의 이미지를 투영하게 된다. 제2 위치설정기(PW)와 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 엔코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)를 이용하여, 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시켜, 예를 들어 여러 타겟부(C)를 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시적으로 도시되어 있지 않음)를 이용하여, 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터의 기계적 인출 이후 또는 스캔 중에, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 정확하게 위치시킬 수 있다.
패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같은 기판 정렬 마크는 전용화된 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치할 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)로 알려져 있다). 유사하게, 둘 이상의 다이가 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA) 상에 제공되는 상황에서 마스크 정렬 마크는 다이들 사이에 위치될 수 있다. 디바이스 피처 사이에서 다이 내에 작은 정렬 마커가 포함될 수도 있는데, 이러한 경우 마커는 가능한 작고 인접한 피처와는 다른 이미징 또는 프로세스 조건을 필요로 하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템에 관해 이하에서 더 설명할 것이다.
이러한 예에서 리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb) 및 기판 테이블이 그 사이에서 교환될 수 있는 2개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 이른바 듀얼 스테이지 타입이다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판이 측정 스테이션에서 나머지 기판 테이블 상에 로딩될 수 있고 다양한 준비 단계가 수행될 수 있다. 이러한 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 제어를 매핑하고 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 장치의 처리량을 실질적으로 증가시킬 수 있다.
도시된 리소그래피 장치는 예를 들어 스텝 모드 또는 스캔 모드를 포함하는 다양한 모드로 이용될 수 있다. 리소그래피 장치의 구성 및 동작은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으므로, 본 발명을 이해하기 위해 추가적인 설명은 불필요하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC) 또는 리소셀 또는 클러스터로 지칭되는 리소그래피 시스템의 일부를 형성한다. 리소그래피 셀(LC)은 또한 기판에 노광-전 및 노광-후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate, CH), 및 베이크 플레이트(bake plate, BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay, LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일관되게 노광되도록, 노광된 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소셀(LC)이 그 안에 위치되는 제조 설비는, 리소셀 내에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 받아들이는 계측 시스템(MET)을 더 포함한다. 계측 결과는 감독 제어 시스템(SCS)에 직접적으로 또는 간접적으로 제공된다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광될 수 있을 정도로 검사가 충분히 신속하고 빠르게 수행될 수 있다면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판이 수율 개선을 위해 스트리핑 및 재작업될 수 있고, 또는 폐기될 수 있으며, 이로써 결함 있는 것으로 알려진 기판 상에서 추가 처리를 수행하는 것을 피하게 된다. 기판의 단지 특정 타겟 부분만이 결함 있는 경우, 양호한 타겟 부분에 대해서만 추가적인 노광이 행해질 수도 있다.
계측 시스템(MET) 내에서 검사 장치는 기판의 특성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판의 상이한 층들 또는 상이한 기판들의 특성이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 이러한 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있거나 독립형 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치가 노광 직후 노광된 레지스트 층에서 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상은 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간의 굴절율에 단지 아주 작은 차이가 있음 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행할 수 있을 정도로 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광후 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이러한 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나를 제거한 시점에서 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하거나, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에 측정을 행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 유용한 정보를 여전히 제공할 수 있다.
계측 장치가 도 3(a)에 도시되어 있다. 타겟(T)과 이러한 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선이 도 3(b)에 보다 상세히 예시되어 있다. 도시된 계측 장치는 암시야 계측 장치로서 알려진 유형이다. 여기에 도시된 계측 장치는 순전히 암시야 계측에 대한 설명을 제공하기 위한 일례이다. 이러한 계측 장치는 독립형 디바이스이어도 되고, 또는 예컨대 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA)에 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수도 있다. 장치 도처에서 여러 개의 브랜치를 갖는 광축은 점선 O로 표시되어 있다. 이러한 장치에서, 광원(11)(예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 빔 스플리터(15)를 통해 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배치된다. 기판 이미지를 여전히 검출기 상에 제공하고 동시에 공간 주파수 필터링을 위해 중간 퓨필 평면에 대한 액세스를 허용한다면, 상이한 렌즈 배열이 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 여기에서(공액) 퓨필 평면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 퓨필 평면의 역-투영 이미지(back-projected image)인 평면에서, 렌즈(12)와 렌즈(14) 사이에 적합한 형태의 개구 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 예시된 실시예에서, 개구 플레이트(13)는 상이한 조명 모드가 선택될 수 있도록 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태를 갖는다. 본 예에서의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는, 단지 설명을 목적으로 "북쪽"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 개구 플레이트(13S)는 유사한 조명을 제공하지만 "남쪽"으로 표시된 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위해 이용된다. 상이한 개구를 사용함으로써 다른 조명 모드도 가능하다. 요구되는 조명 모드 밖의 임의의 불필요한 광은 요구되는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 기판(W)이 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인 상태로 배치된다. 기판(W)은 지지체(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도로 타겟(T) 상에 충돌하는 측정 방사선 광선(I)은 하나의 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(일점쇄선 +1과 이점쇄선 -1)을 발생시킨다. 오버필된 소형 타겟을 이용하는 경우, 이들 광선은 계측 타겟(T) 및 기타 피처를 포함한 기판의 영역을 커버하는 다수의 평행 광선 중의 단지 하나가 된다는 점을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 개구가 (유용한 광량을 허용하는데 필요한) 한정된 폭을 가지므로, 입사 광선(I)은 실제로는 일정 범위의 각도를 점유할 것이고, 회절 광선 0차와 +1/-1차가 다소 확산될(spread out) 것이다. 소형 타겟의 포인트 확산 함수에 따라, 각각의 차수 +1과 -1은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아니라 일정 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다. 타겟의 격자 피치 및 조명 각도는 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙의 광축과 근접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 도 3(a) 및 도 3(b)에 예시된 광선은 순전히 이들이 도면에서 보다 용이하게 구별될 수 있도록 하기 위해 다소 축을 벗어난 것으로 도시되어 있다.
기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 적어도 0차와 +1차 회절 광선은 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 역으로 지향된다. 도 3(a)로 돌아가서, 제1 조명 모드와 제2 조명 모드 둘 모두가 북쪽(N)과 남쪽(S)으로 표시된 정반대 측의 개구를 지정하는 것으로 예시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽 측으로부터 기인한 것인 경우, 즉 제1 조명 모드가 개구 플레이트(13N)를 이용하여 적용된 경우에는, +1차 회절 광선(+1(N)으로 표시됨)이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 개구 플레이트(13S)를 이용하여 적용된 경우에는, -1차 회절 광선(-1(S)로 표시됨)이 렌즈(16)에 진입하는 광선이 된다.
제2의 빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 브랜치로 분할한다. 제1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 충돌하며, 이로써 이미지 처리가 차수를 비교하고 대비(contrast)할 수 있게 된다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 포커싱하거나 및/또는 1차 빔의 세기 측정치를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 퓨필 평면 이미지는 또한 재구성과 같은 수많은 측정 목적을 위해 사용될 수 있다.
제2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 브랜치에서, 퓨필 평면에 공액 관계를 이루는 평면에 구경 조리개(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하도록 기능한다. 센서(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이러한 이미지를 처리하는 프로세서(PU)에 출력되며, 프로세서의 기능은 수행되는 측정의 특정한 타입에 좌우될 것이다. "이미지"라는 용어는 본 명세서에서는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의하기 바란다. 이와 같은 격라 라인의 이미지는 -1 및 +1 차수 중의 하나만이 제공되는 경우에는 형성되지 않을 것이다.
도 3에 도시된 개구 플레이트(13) 및 시야 조리개(21)의 구체적인 형태는 단지 예에 불과하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 타겟의 축상 조명이 사용되고, 실질적으로 단지 하나의 1차 회절 광만을 센서에 전달하기 위하여 축외 개구를 갖는 구경 조리개가 사용된다. 다른 예로서 2-사분면 개구가 사용될 수도 있다. 이렇게 하면 위에서 언급한 US2010201963A1에 기술된 바와 같이 플러스 및 마이너스 차수를 동시에 검출할 수 있게 된다. 검출 브랜치 내에 광학 웨지(세그먼트화된 프리즘 또는 다른 적절한 요소)를 갖는 실시예는, 위에서 언급한 US2011102753A1에 기술된 바와 같이, 단일 이미지에서 공간적으로 이미징을 위한 차수를 분리하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 측정에 있어서 1차 빔 대신 또는 1차 빔에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔(도 3에 도시되지 않음)이 사용될 수 있다 또 다른 실시예로서, 세그먼트화된 프리즘이 구경 조리개(21) 대신에 사용될 수 있으며, 이 경우 +1 및 -1 차수가 이미지 센서(23) 상의 공간적으로 분리된 위치에서 동시에 캡처될 수 있다.
측정 방사선을 이들 상이한 타입의 측정에 적합화시키기 위해, 개구 플레이트(13)는 원하는 패턴을 제 위치에 놓이게 하도록 회전하는 디스크 둘레에 형성된 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있다. 개구 플레이트(13N 또는 13S)는 하나의 방향(설정에 따라 X 또는 Y)으로 배향된 격자를 측정하는 데에만 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 직교 격자의 측정을 위해, 90 ° 및 270 °만큼 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 상이한 개구 플레이트가 도 3(c) 및 3(d)에 도시되어 있다. 이를 이용하는 것과 장치의 수많은 기타 변형예 및 응용예가 위에서 언급한 종래의 특허 문헌에 기술되어 있다.
도 4는 공지된 방법에 따라 기판 상에 형성된 오버레이 타겟 또는 복합 오버레이 타겟을 도시한다. 이러한 예에서의 오버레이 타겟은 조밀하게 함께 위치된 4개의 서브타겟(32 내지 35)을 포함하여, 이들이 계측 장치의 계측 방사선 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있게 된다. 따라서 4개의 서브 오버레이 타겟은 모두 동시에 조명되고 센서(23) 상에 동시에 이미징된다. 오버레이의 측정에 전용화된 예에서, 서브타겟(32 내지 35)은 그 자체로, 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 중첩되는 격자들에 의해 형성된 복합 구조체이다. 서브타겟(32 내지 35)은 복합 서브타겟의 상이한 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위해 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋들을 가질 수도 있다. 오버레이 바이어스의 의미는 이하에서 도 7과 관련하여 설명할 것이다. 서브타겟(32 내지 35)은 또한, X 및 Y 방향으로 입사하는 방사선을 회절시키도록, 도시된 바와 같이 그 배향이 다를 수 있다. 일례에서, 서브타겟(32 및 34)은 각각 +d, -d의 바이어스를 갖는 X-방향 서브타겟이다. 서브타겟(33 및 35)은 각각 오프셋 +d 및 -d를 갖는 Y-방향 서브타겟이다. 이들 서브타겟에 대한 별개의 이미지가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 오버레이 타겟의 한 가지 예시일 뿐이다. 오버레이 타겟은 4개보다 많거나 적은 서브타겟을 포함할 수도 있다.
도 5는 도 3(d)로부터의 개구 플레이트(13NW 또는 13SE)를 이용하여, 도 3의 장치에서 도 4의 오버레이 타겟을 사용하여, 센서(23) 상에 형성되어 센서에 의해 검출될 수 있는 이미지의 예를 도시한다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 서브타겟들(25a 내지 25d)을 분해할 수는 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 빗금친 영역(40)은, 기판 상의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징되는, 센서 상의 이미지의 필드를 나타낸다. 이러한 이미지 내에서, 직사각형 영역(42-45)은 작은 오버레이 서브타겟(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 오버레이 타겟이 제품 영역에 있는 경우 이러한 이미지 필드의 주변부에 제품 피처가 보일 수도 있다. 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)는 패턴 인식을 사용해 이들 이미지를 처리하여 서브타겟(32 내지 35)의 별개 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이런 식으로, 이미지는 센서 프레임 내의 특정 위치에 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이는 전체적으로 측정 장치의 처리량을 크게 개선한다.
일단 서브타겟의 별개 이미지가 식별되면, 이러한 개별 이미지의 세기가, 예를 들어 식별된 영역 내에서 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기 및/또는 다른 특성을 서로 비교할 수 있다. 리소그래피 프로세스의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 이러한 결과는 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예이다.
예를 들어 위에서 언급한 US20110027704A 등의 출원에 기술된 방법을 이용하면, 서브타겟(32 내지 35) 내에서 2개의 층 사이의 오버레이 오차(즉, 원치 않는 그리고 의도하지 않은 오버레이 오정렬)가 측정된다. 이러한 방법은 마이크로 회절 기반 오버레이(μDBO)라고 할 수도 있다. 이러한 측정은, 세기 비대칭의 척도를 얻기 위해 +1차 및 -1차 암시야 이미지의 세기를 비교함으로써 드러나는 바와 같이 (다른 대응하는 더 높은 차수의 세기, 예컨대 +2 및 -2차를 비교할 수도 있음) 오버레이 타겟 비대칭을 통해 수행된다.
도 4에 예시된 것과 같은 다중 격자 타겟을 사용하는 알려진 방법에서는, 오버레이(OV)가 다음 방정식을 통해 결정될 수 있다.
여기서:
는 양의 바이어스 타겟으로부터의 +1 회절 차수이다(예컨대, 세기 값);
는 양의 바이어스 타겟으로부터의 -1 회절 차수이다;
는 음의 바이어스 타겟으로부터의 +1 회절 차수이다;
는 음의 바이어스 타겟으로부터의 -1 회절 차수이다;
(예컨대, 양의 바이어스 타겟으로부터의 +1차 및 -1차 세기의 비대칭);
(예컨대, 음의 바이어스 타겟으로부터의 +1차 및 -1차 세기의 비대칭).
식 1은 감도 계수 K에 관해 다시 표현될 수 있는데, 이러한 계수는 (완벽한 타겟이라 가정할 때) 오버레이와는 독립적이라는 특별한 특성을 갖는 스택 의존 파라미터이다.
여기서:
식 2는, 서브타겟을 형성하는 격자의 피치와 비교하여, 작은 바이어스 값과 오버레이 오차를 가정한 것에 기초하는 단순한 선형적인 방정식이지만, 보다 넓은 범위에 걸친 바이어스와 오버레이 오차에 대한 비대칭의 의존관계는 실질적으로 정현파 형태를 갖는다. 식 2의 선형 모델 대신에 정현파 모델을 사용할 수도 있다.
4개의 별개의 서브타겟을 사용하는 공지된 방법에서는, 이미지(40) 내에서 서브타겟들이 구별되도록 각 서브타겟 주변에 경계를 필요로 한다(도 4 및 도 5에는 도시되어 있지 않음). 이는, 패터닝된 영역의 특정 부분이 엣지 효과로 인해 사용될 수 없음을 의미한다. 부가적으로, 2개의 특정 오프셋만 사용하게 되면 위에서 언급한 선형성에 대한 가정이 강요되므로, 실제 관계가 비선형일 때 부정확해질 수 있다.
다음 내용에서는 연속적인 바이어스 변동 및/또는 다수의 바이어스 값을 갖는 오버레이 타겟을 포함하는 솔루션을 제안한다. 방금 설명한 이미지 평면 오버레이 측정 기법에 적용될 때, 이러한 다수의 바이어스 값이 타겟 영역에 걸친 세기 이미지에 나타날 수 있다. 양호한 정보가 사용되고 있음을 보장하기 위해 선형성 및/또는 정현파 피팅에 대한 검증이 수행될 수 있다. 또한, 오버레이에 대한 타겟 및 측정 장치의 감도 및 기타 요인에 대한 추가의 정보가 획득될 수 있다. 실시예는, 오버레이 격자를 형성하는 하나 또는 두 격자의 회전 또는 엇갈림(staggering)에 기초하여 예시될 것이다. 실시예는 상부 및 하부 격자의 상이한 피치에 기초하여 예시될 것이다. 적절한 설계를 통해 현재의 영역보다 많은 영역이 신호 결정에 사용될 수 있다. 현재 기술에 비해 타겟 크기가 줄어들고 및/또는 측정 정확도가 향상될 수 있다.
도 6은 개별적인 서브타겟(632 내지 635)을 포함하는 다중 격자 타겟(600)을 도시한다. 도 4의 타겟에서와 같이 4개의 서브타겟은 X 방향 측정을 위한 2개의 오버레이 격자와 Y 방향 측정을 위한 2개의 오버레이 격자를 포함한다. 그러나 각각의 격자 내에 고정된 오버레이 바이어스를 제공하는 대신, 음의 값, 양의 값 및 중간 값을 포함하는 다단(multi-step) 또는 연속적인 바이어스 변동이 제공된다. 격자(632 및 635)는 각각 X 및 Y에 따라 증가하는 바이어스 값을 갖는다. 반대로, 격자(633 및 634)는 각각 X 및 Y에 따라 감소하는 바이어스 값을 갖는다. 타겟(600) 및 개별적인 서브타겟이 알려진 타겟과 동일한 치수를 갖는지 또는 더 크거나 더 작게 만들어지는지는 설계 선택의 문제이다.
도 7은 도 3의 장치에서 센서(23) 상에 캡처된 대응하는 이미지(740)를 개략적으로 나타낸다. 도면부호 742 내지 745는 개별적인 서브 겟에 대응하는 세기 이미지 영역을 나타낸다. 각각의 서브타겟에 걸친 바이어스의 변동으로 인해, 세기 값은 각 영역 내에서 일정하지 않고 변화한다. 관심 영역(ROI) 대신에, 도시된 바와 같이 바이어스 변동의 방향과 정렬된 "관심 라인"(LOI)를 상상할 수도 있다. 오버레이 측정을 얻기 위해 세기 정보를 처리하는 방식은 후술될 것이다. 먼저, 연속적인 바이어스 타겟의 다양한 가능한 구현이 예시될 것이다.
도 6의 서브타겟(632)을 일례로 이용하는 도 8(a)에서, 서브타겟은 하부의 피처(804) 위에 인쇄된 피처(802)를 갖는 오버레이 격자를 포함한다. 본 명세서의 모든 예에서, 피처는 단지 예시를 위해 확대되어 도시된 것임을 이해할 것이다. 실제 격자는 수백 개의 라인으로 구성되는 경향이 있을 수 있다. 피처(804 및 802)는 평행하지 않게 놓이고 그 사이에 작은 편차 각도, 예를 들어 0.1 내지 0.5 °, 예를 들어 0.35 °의 편차 각도를 갖도록 형성된다. 이러한 예에서, 하부의 피처(804)는 y-축에 대해 각도를 이루도록 인쇄된 바 있다. 실제 구현에서, 하나 또는 두 층 모두 이러한 축에 대해 회전가능할 수 있다. 그 결과, 도시된 바와 같은 라인의 배향 내에서, 바이어스 값 d는 타겟의 중앙에 걸친 0의 값으로부터, 중앙 위쪽의 양수 값과 중앙 아래쪽의 음수 값으로 변동된다. 바이어스 값은 X 방향으로의 값이고, 타겟에 걸쳐 Y 방향으로 연속적으로 변동된다. 대안적인 구현으로, 경사진 라인보다는, 하나 또는 두 개의 라인이 일련의 미세한 바이어스 단차를 두고 엇갈려 구현될 수 있다.
도 8(a)에 도시된 상황에서 오버레이 오차(OV)는 0이므로 비대칭(A)은 바이어스가 0인 동일한 선을 따라 0이 된다. 한편, 도 8(b)를 참조하면, X 방향으로의 오버레이가 0이 아닌 경우, 비대칭이 0인 라인은 Y 방향으로 시프트된다.
도 9는, 도 8에 도시된 형태를 가지며 바이어스 변동의 적절한 배향 및 극성을 갖는 4개의 서브타겟(632 내지 635)을 나타낸다.
도 10은 1032부터 1035까지 번호가 매겨진 4개의 서브타겟 내에서 연속적인 또는 다단(multi-step) 바이어스를 갖는 또 다른 예시 타겟 설계를 나타낸다. 이 경우 각각의 서브타겟은 정사각형이 아닌 직사각형의 형태를 갖는다. 그렇지 않으면, 격자의 배향 및 바이어스 변동의 극성은 도 6 내지 도 9의 예의 타겟(632 내지 635)에서와 동일하다. 도 11은 서브타겟(1032 내지 1035)에 대응하는 영역(1142 내지 1145)을 갖는 대응하는 이미지를 나타낸다. 다시 말하지만, 바이어스의 변동은 균일한 세기를 갖는 단일한 관심 영역이 아니라 각각의 서브타겟의 이미지에 걸쳐 세기 변동을 유발한다.
도 12(a)는 도 10의 직사각형의 연속적인 바이어스 서브타겟의 한 가지 가능한 구현예를 보여준다. 설명의 목적으로 과장된 바이어스 변동을 갖는 단지 몇 개의 라인으로만 구성된 격자가 도시된다. 서브타겟의 상부 층에 있는 라인 피처(1202)는 하부 층의 피처(1204) 위에 인쇄된다. 바이어스 변동을 얻기 위해 하나 또는 두 세트의 라인 피처를 회전하는 대신, 이러한 예에서는 상부 및 하부 라인의 격자 피치(주기)가 상이하다. 상부 층의 피처(1202)는 피치 P1로 배열되고, 하부 층의 피처(1204)는 약간 더 작은 피치 P2로 배열된다. 이것은 도 12(b)의 그래프 및 라인(1206)으로 나타낸 바와 같이 바이어스 d의 선형적인 변동을 유발한다. 이러한 라인은 기울기 S를 갖는다. 도 6 내지 도 7의 회전 예와 달리, 바이어스의 변동, 따라서 관심 라인(LOI)은 격자의 주기성 방향과 평행하다.
그래프에는 또한 격자에 걸친 비대칭(A)의 변동을 표현하는 정현파 곡선이 도시되어 있다. 오버레이 오차가 0이라고 가정하면 바이어스(d)와 비대칭(A)은 표시된 바와 같이 동일한 선을 따라 0이다. 오버레이 오차가 있는 경우 이러한 관계가 깨진다. 오버레이 오차를 결정할 수 있도록, 알려진 제로 바이어스 라인에 대한 제로 비대칭 포인트의 시프트가 측정될 수 있다. 그러나 단일 타겟으로부터 이를 수행하려면, 제로 바이어스 라인의 위치를 알기 위해 타겟의 위치를 매우 정밀하게 측정해야 할 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 서로 반대의 바이어스 변동을 가진 서브타겟의 보완적인 쌍을 제공하면 오버레이를 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 또한 측정 장치에 있어서 프로세스 효과 및 비대칭에 기인한 변동에 대해 측정이 강건해지게 된다.
도 13은 X 방향으로 (a) 제로 오버레이 오차 및 (b) 비제로 오버레이 오차의 조건 하에서 서브타겟(1032 및 1034)을 나타낸다. 동일한 설명이 Y-방향 서브타겟(1033 및 1035)에 적용될 것임을 이해할 것이다. 표기된 바와 같이, 서브타겟(1032)은 작은 피치(P2) 위에 더 큰 피치(P1)를 갖는다. 바이어스 d는 X가 증가함에 따라 점진적으로 증가한다. 반면, 서브타겟(134)은 더 큰 피치(P1) 위에 더 작은 피치(P2)를 갖는다. 결과적으로 바이어스 d는 X가 증가함에 따라 점진적으로 감소한다.
따라서 오버레이 오차가 도입되면, 도 13(b)에 도시된 바와 같이 2개의 서브타겟에서 제로 비대칭의 라인이 제로 바이어스의 라인에 대해 동일한 크기이지만 반대 방향으로 이동한다. 한 쌍의 서브타겟의 세기 이미지(1142 및 1144)로부터 측정된 비대칭을 비교함으로써 오버레이 오차를 측정할 수 있다.
완전한 오버레이 측정 방법에 관해 이제 도 10 내지 13의 타겟(1000)의 예를 이용하여 도 14를 참조로 설명할 것이다. 이러한 방법은 도 6 내지 도 9의 연속적인 바이어스 타겟 및 아래에서 추가로 예시되고 설명되는 타겟들을 포함하는 대안적인 예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 15는 (a) 타겟(1000)의 서브타겟(1032)의 길이에 걸친 비대칭 변동의 측정 및 (b) 서브타겟(1034)의 길이에 걸친 비대칭 변동의 측정에 있어서 방법의 세부 사항을 예시한다.
도 14의 단계 S1에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼는 서브타겟(1032-1035)을 포함하는 오버레이 타겟을 생성하기 위해 리소그래피 장치, 예컨대 도 2의 리소그래피 셀을 통해 1 회 이상 처리된다. S2에서는, 도 3의 계측 장치를 사용하여, 서브타겟(1032 내지 1035)의 이미지가 1차 회절 빔 중 하나(예컨대, -1)만을 사용하여 획득된다. 단계 S3에서, 나머지 1차 회절 빔(+1)을 사용하여 오버레이 타겟의 제2 이미지가 제2 이미지로 캡처된다. 단순함을 위해 단일 이미지를 언급하지만, 이용가능한 정보를 늘리고 요구되는 수준의 측정 성능을 달성하기 위해, 동일한 조명 조건 하에서 또는 서로 다른 조건 하에서 여러 이미지를 취할 수 있다. 조명 조건은 예를 들어 파장 및/또는 편광에 있어서 달라질 수 있다.
각각의 이미지에 1차 회절 방사선의 절반만 포함시킴으로써, 여기에서 언급된 '이미지'는 기존의 암시야 현미경 이미지가 아니라는 점에 유의해야 한다. 오버레이 타겟의 개별 오버레이 타겟 라인들은 분해되지 않을 것이다. 각 오버레이 타겟은 특정 세기 레벨의 영역으로 간단히 표현될 것이다.
단계 S4에서 세기 값은, 각각의 성분 오버레이 타겟의 이미지 내에서 바이어스 변동의 방향과 정렬되는, 도 15(a) 및 도 15(b)에 예시된 하나 이상의 관심 라인(LOI)을 따라 샘플링된다.
단계 S5에서, 각각의 서브타겟에 걸친 비대칭의 변동은, 각각의 서브타겟(1032-1035)에 대한 +1 및 -1차에 대해 획득된 세기 값을 비교함으로써 프로세서(PU)에서 결정된다. 이는, 공지된 바와 같이, 단순한 차감 또는 비율 형식으로 이루어진다. 공지된 방법에서 사용되는 것과 유사한 기술이, 관심 영역을 식별하고 픽셀 정확도로 +1 및 -1 이미지를 정렬하기 위해 적용될 수 있다.
모든 관심 라인(LOI)에 대한 세기 값이 비대칭 도출을 위해 비교되기 전에 결합되는지 또는 비대칭 값이 관심 라인을 따라 도출된 후 평균 비대칭을 얻기 위해 결합되는지 여부는 구현의 문제이다. 도 15(a) 및 도(b)에 도시된 바와 같이, 타겟에 알려진 기울기의 바이어스 변동이 존재하면 추가적인 정보를 허용하게 되고 단계 S5에서 예비 단계로서 데이터 검증이 수행될 수 있다. 예를 들어, 비대칭 샘플 값(1500)이 예측된 선형 또는 정현파 관계(곡선 1502, 1504)에 피팅될 수 있다. 타겟의 엣지 영역은 1506에서 볼 수 있는 것처럼 피팅된 곡선에서 이탈하여 명확하게 식별될 수 있다. 비정상적인 값(1508, 1510)이 마찬가지로 식별될 수 있다. 원으로 표시된 샘플 값은 계산에서 배제될 수 있다. 바이어스 및/또는 오버레이 오차가 신호를 비대칭 곡선의 비선형 영역으로 유도하는 경우, 응답의 선형 섹션을 식별할 수 있으며, 필요한 경우 이러한 섹션의 값만 이용할 수 있다. 그러한 필터링은 도시된 바와 같이 비대칭 값에서 및/또는 비대칭을 계산하기 전에 세기 값에서 수행될 수 있다.
이하 추가로 설명하는 바와 같이, 적합한 설계의 타겟은 "앵커 포인트"를 포함할 수 있으므로, 이러한 전처리는 또한 서브타겟 이미지 사이의 피처의 정렬을 개선할 수 있다.
단계 S6에서, 다수의 오버레이 타겟에 대해 측정된 세기 비대칭은, 오버레이 타겟(T) 근방에서 리소그래피 프로세스의 하나 이상의 성능 파라미터를 계산하기 위해, 해당 오버레이 타겟의 오버레이 바이어스의 알려진 변동에 대한 지식과 함께 사용된다. 큰 관심이 있는 성능 파라미터는 오버레이이다.
현재의 오버레이 계산 방법은 식 1, 2 및 3을 참조로 하여 전술한 바 있다. 본 명세서의 연속적인 바이어스/다중 바이어스 타겟을 이용하여 상이한 방법이 적용될 수 있다.
도 15는 예상되는 거동에 곡선을 피팅하는 것에 기초한 한 가지 방법을 보여준다. 예시된 선형적인 예에서:
A PB = a PB * X + b PB ; A NB = a NB * X + b NB ; 또는
A PB = K *(OV + S * X) + b PB ; A NB = K *(OV-S * X) + b NB
여기서 APB 및 ANB 는 양의 바이어스 변동을 갖는 서브타겟(1032)을 따른 그리고 음의 바이어스 변동을 갖는 서브타겟(1034)을 따른 각각의 포인트 X에서의 비대칭 값이다. aPB, bPB, aNB, bNB 의 인자는 경우에 따라 달라진다. 이상적인 경우에는 aPB = aNB 로 예상된다. 두 번째 식은 이러한 인자를, 이미 위에서 언급한 프로세스 종속 인자 K, 미지의 오버레이 오차(OV), 및 바이어스 변동의 알려진 기울기(S)의 항으로 변환한다. 기울기(S)는 2개의 서브타겟 간에 동일하며 부호만 다르다고 가정한다.
정현파 모델이 적용될 경우 식은 다음과 같다:
A PB = b PB + K * sin(OV + S * X); A PB = b NB + K * sin(OV-S * X);
도 15(b)에서, 양의 바이어스 변동을 갖는 서브타겟(1032)에 대한 비대칭 변동에 해당하는 곡선(1502)은 음의 바이어스 변동을 갖는 서브타겟(1034)에 대한 비대칭 변동과 동일한 그래프 상에 중첩되어 있다. 양의 오버레이 오차(OV)로 인해, 제로 비대칭의 라인은 서브타겟(1032)에 대한 제로 바이어스의 라인의 좌측으로 이동하였고, 서브타겟(1034)에 대한 제로 비대칭의 라인은 우측으로 이동하였다. 오버레이를 결정하기 위해 프로세서는 비대칭 APB 및 ANB의 제로 포인트 사이의 시프트(xs)를 계산한다. 그 다음에 시프트(xs)와 타겟의 알려진 기울기로부터 오버레이를 계산하는 것은 간단한 문제이다. 선형 모델의 경우, 이는 다음과 같다:
OV = xs / S
원하는 경우 정현파 모델을 적용할 수 있다.
대안적인 구현으로서 오버레이는 관심 라인을 따라 각각의 공간적 위치에 대해 계산되며, 예를 들면 다음과 같다:
K =(A PB - A NB ) / S * X
OV =(A PB + A NB ) / [S * X *(A PB - A PB )]
모든 위치로부터의 결과를 단일 오버레이 측정으로 결합할 수 있다. 다시 말하지만 원하는 경우 정현파 모델을 적용할 수 있다. 위에서 언급했듯이, 이러한 계산이 다양한 관심 라인(LOI)에 대해 개별적으로 수행된 후에 결합되는지 또는 계산에 사용되기 전에 픽셀 값이 관심 라인을 가로지르는 방향으로 평균화되는지 여부는 구현의 문제이다. 도 15의 비대칭 곡선에 대해 설명한 원리에 기초하여, 결과들이 결합되기 전에, 비선형 영역(비정현파 영역)과 이상치를 제거하는 필터링 단계를 오버레이 곡선에 적용할 수 있다.
바이어스가 동일한 영역은 두 곡선에서 동일한 비대칭 응답을 가져야하지만, 오정렬과 광학적 효과 및/또는 처리 효과로 인해 편차가 유발될 수 있다. 이로 인해 지금까지 위에서 설명한 방법이 부정확해질 것이다. 따라서, 일부 실시예에서, 오버레이를 계산하기 위해 결합되기 전에, 비대칭 곡선의 정렬을 용이하게 하기 위해 "앵커 포인트"로서 사용될 수 있는 피처가 포함된다.
도 16과 도 17의 예에서 앵커 포인트는 타겟에 걸친 바이어스의 변동 내에 포함되어 있다. 도 10 내지 도 13에 도시된 것의 수정된 버전에 해당하는 수정된 다중 격자 타겟(1600)의 일부가 도시된다. 2개의 서브타겟(1632 및 1634)이 도시되어 있다. 각 타겟의 중앙 부분에서, 상부 및 하부 격자 피치(P1 및 P2)는 타겟(1000)에서와 동일하다. 그러나 다른 영역에서는 피치 P1 및 P2가 반전되어 바이어스 변동의 기울기가 구조체 내의 알려진 포인트에서 변화한다(본 예에서는 반전됨). 이러한 예에서 기울기는 표기된 바와 같이 위치 X1 및 X2에서 반전된다. 도 16에 도시되지 않은 예에서, 타겟(1632)의 하부 격자는 피치(P2)를 갖고, 타겟(1632)의 상부 격자는 피치(P2)를 갖는 하부 격자와 모두 중첩되는 2개의 영역을 포함하는데, 타겟(1632)의 상부 격자의 제1 영역은 타겟(1632)의 하부 격자의 피치(P2)보다 작은 피치(P1)를 가지며, 타겟(1632)의 상부 격자의 제2 영역은 타겟(1632)의 하부 격자의 피치(P2)보다 큰 피치(P3)를 갖는다.
도 17(a)는, 서브타겟(1634)(곡선 1704, 파선)에 대하여 그리고 서브타겟(1632)(곡선 1702, 실선)에 대하여 위치 X에 대해 바이어스 d가 플롯될 때 기울기 반전을 보여준다. 바이어스의 변동은, 단차(1706)에 의해 표시된 바와 같이, 비대칭 측정의 목적을 위해 순환적이다.
도 17(b)에는, 서브타겟(1632)(곡선 1712, 실선)의 이미지(1142) 및 서브타겟(1634)(곡선 1714, 파선)의 이미지(1144)로부터 측정되는 비대칭의 정현파 변동이 도시되어 있다. 이러한 곡선 사이의 제로 크로싱의 위치 차이는, 오버레이 오차에 대응하는 시프트(xs)에 의해 유발되지만, 이미지 오정렬 또는 장치 내의 처리 효과 또는 광학적 효과에 의해 유발될 수도 있다. 타겟(1600)에 통합된 기울기 변화는 정현파 형태의 곡선(1712 및 1714)에서 벗어나는 인식가능한 앵커 포인트를 제공하기 때문에, 이러한 오차 소스는 예컨대, 도 17(b)의 1716에 나타난 바와 같이 앵커 포인트 사이의 오정렬에 의해 식별될 수 있다.
도 17(c)에서 곡선 1712 및 1714는 곡선 1722 및 1724로 다시 플로팅되었으며, 알려진 동일한 바이어스 및 동일한 X 위치를 갖는 이러한 포인트들이 정렬되도록 앵커 포인트들을 정렬하기 위해 시프트되었다. 이러한 곡선으로부터 곡선의 제로 크로싱 사이의 시프트(xs)가 계산되고 오버레이가 전술한 바와 같이 계산된다.
다수의 앵커 포인트가 제공되는 경우, 이들의 상대적인 시프트의 평균을 이용하여 곡선의 최상의 피팅을 얻을 수 있다. 앵커 포인트의 수는 2개보다 작을 수 있고 또는 2개보다 클 수도 있다. 원칙적으로, 비교를 위한 제2의 격자를 필요로 하지 않고도, 3개 이상의 기울기 변화를 갖는 것으로 도시된 유형의 격자를 단독으로 사용할 수 있다. 이는, 양의 바이어스 변동과 음의 바이어스 변동의 요구되는 순서를 갖는 서브타겟들이 동일한 확장된 구조 내에서 발견될 수 있기 때문이다. 따라서, "서브타겟"은 단일 격자 구조체 내에 중첩 영역들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 상기 예는 앵커 포인트로서 기울기의 반전을 포함하고 있지만, 일정한 바이어스의 작은 영역을 포함하여, 이와 다른 유형의 앵커 포인트가 포함될 수도 있다. 일정한 바이어스의 영역과 기울기의 반전이, 동일한 타겟 내에, 동일하거나 상이한 위치에 포함될 수 있다. 일정한 바이어스의 영역은 기울기 변화의 예시이며 기울기 변화는 기울기의 반전으로 한정되는 것은 아니다. 기울기 변화는, 도시된 예에서와 같이 비대칭이 바이어스 변화에 민감한 영역에서 발생하도록 설계될 수 있다. 감도는 프로세스 효과와 광학적 효과에 따라 달라지므로 이는 완벽하게 제어될 수는 없다.
도 18은 연속적인 바이어스 변동이 아닌 단계적 바이어스 변동을 갖는 서브구조체의 예를 보여준다. 바이어스의 변동을 알고 있다면 관측된 세기와 비대칭에 적절한 곡선이 피팅될 수 있다.
도 19는 다중 격자 타겟의 각 서브타겟이 서로 다른 바이어스의 영역을 갖는 추가적인 변형예를 나타낸다. 이러한 예에서 X 방향 바이어스는 Y 방향으로 -10nm에서 +10nm 까지 변화한다.
도 20은 격자에 X 및 Y 회절 모두를 제공하기 위해 L자형 라인 피처가 사용되는 타겟 또는 서브타겟(2000)을 예시한다. 도 21에서 이러한 설계는, 타겟의 상이한 세그먼트들에서 관심 라인을 따라 바이어스의 단계적 변동이 제공되는 타겟(2100)을 제공하도록 적응된다. Y 방향으로 -10 nm 내지 +10 nm 의 바이어스가 표시되어 있다. 도 22는 하부 격자의 L자형 라인 피처가 도 6의 방식으로 약간 회전됨으로써 타겟에 걸쳐 바이어스의 연속적인 변동을 제공하는 타겟(2200)을 보여준다. 타겟(2120 및 2200)에는 각각 정렬 피처(2102 및 2202)가 제공되어, 세기 측정을 추출하기 위한 이미지의 정렬을 돕는다.
도 23은 타겟(2200)의 피처를 통합하되 정사각형 주위로 반복되는 보다 큰 타겟(2300)을 예시한다. 도 24는 타겟(2200)의 형태를 가지되 회전된 4개의 서브타겟이 제공되는 타겟(2400)을 예시한다.
위의 내용은 본원에서 개시된 개념을 적용하여 구현될 수 있는 타겟 설계의 일부 예에 불과하다. 기술된 방법은 오버레이 측정을 개선하고 및/또는 기판 상의 공간 활용을 개선하기 위해 이러한 타겟으로부터의 신호가 어떻게 처리될 수 있는지에 관한 예시적인 방법에 불과하다.
앞서 기술한 타겟은 측정의 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 이와 다른 실시예에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분에 해당하는 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 많은 디바이스가 규칙적이고 격자 모양인 구조를 가지고 있다. 본 명세서에서 사용되는 "타겟 격자" 및 "타겟"이라는 용어는 수행되는 측정을 위해 특별히 구조체가 제공될 것을 요하지 않는다. 또한, 계측 타겟의 피치(P)는 스캐터로미터의 광학 시스템의 분해능 한계에 가깝지만, 타겟부(C)에서 리소그래피 프로세스에 의해 만들어진 전형적인 제품 피처의 치수보다 훨씬 클 수 있다. 실제로, 타겟 내의 오버레이 격자의 라인 및/또는 공간은, 제품 피처와 치수가 유사한 더 작은 구조체를 포함하도록 만들어질 수 있다.
기판 및 패터닝 디바이스 상에서 실현되는 것과 같은 타겟의 물리적 격자 구조체와 관련하여, 일 실시예는, 리소그래피 프로세스에 관한 정보를 얻기 위해 기판 상의 타겟을 측정하고 및/또는 측정치를 분석하는 방법을 기술하는 기계 판독 가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 도 3의 장치의 유닛(PU) 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 그러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 기존의 계측 장치(예를 들어 도 3에 도시된 타입)가 이미 생산 및/또는 사용 중인 경우, 본 발명은 프로세서로 하여금 단계 S1-S6를 수행하게 하여 오버레이 오차를 계산하게 하도록 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품을 제공함으로써 구현될 수 있다.
프로그램은 선택적으로 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 배열되어 적절한 복수의 타겟 상에서 비대칭 측정을 위해 단계 S1-S6를 수행할 수도 있다.
본 발명에 따른 추가 실시예는 아래의 번호가 매겨진 조항에서 추가로 기술된다.
1. 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 측정하는 방법으로서,
기판 상에 형성된 타겟 상의 위치들로부터 복수의 비대칭 측정을 획득하는 단계;
상기 타겟 상의 위치들 간의 바이어스 변동에 기초하여, 상기 복수의 비대칭 측정을 비대칭과 상기 성능 파라미터 사이의 적어도 하나의 예상된 관계에 피팅(fitting)하는 단계; 및
피팅된 관계로부터 상기 성능 파라미터에 대한 척도를 도출하는 단계를 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
2. 제1조항에 있어서, 상기 복수의 비대칭 측정을 비대칭과 상기 성능 파라미터 사이의 적어도 하나의 예상된 관계에 피팅하는 단계는, 상기 예상된 관계로부터 벗어나고 및/또는 상기 피팅된 관계의 특정 세그먼트의 범위 밖에 있는 측정을 전적으로 또는 부분적으로 감가(discount)하는 단계를 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
3. 제1조항 또는 제2조항에 있어서, 상기 예상된 관계는 소정 바이어스 값에서의 제로 비대칭의 예상을 포함하고, 상기 복수의 측정은 적어도 하나의 음의 바이어스 값과 연관된 위치들 및 적어도 하나의 양의 바이어스 값과 연관된 위치들을 포함하는 위치들로부터의 측정을 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
4. 제3조항에 있어서, 상기 복수의 측정은 둘 이상의 음의 바이어스 값 및 둘 이상의 양의 바이어스 값과 연관된 위치들로부터의 측정을 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
5. 제4조항에 있어서, 상기 복수의 측정은 상기 타겟의 영역에 걸친 바이어스 값의 연속적인 변동과 연관된 위치들로부터의 측정을 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
6. 제1조항 내지 제5조항 중 어느 한 조항에 있어서, 적어도 2개의 서브타겟 상의 위치들로부터 비대칭 측정이 획득되고, 각 서브타겟에 대한 비대칭 측정은 상이한 서브타겟들과 연관된 상이한 바이어스 변동들에 따라 해당 서브타겟에 대한 예상된 관계에 피팅되고, 성능 파라미터의 측정을 결정하기 위해 상기 2개의 서브타겟에 대한 피팅된 관계가 함께 사용되는, 성능 파라미터 측정 방법.
7. 제6조항에 있어서, 상기 비대칭 측정은 2개의 서브타겟으로부터 획득되고, 상기 2개의 서브타겟은 동일한 크기이지만 서로 반대인 바이어스 변동을 갖는 것으로 가정되는, 성능 파라미터 측정 방법.
8. 제6조항 또는 제7조항에 있어서, 상기 피팅된 관계 중 2개 이상은, 성능 파라미터의 측정을 결정하기 위해 함께 사용되기 전에, 상기 타겟의 피처에 의해 규정되는 하나 이상의 앵커 포인트를 참조하여 정렬되는, 성능 파라미터 측정 방법.
9. 제8조항에 있어서, 상기 앵커 포인트는 측정된 비대칭의 변동에 있는 피처를 사용하여 식별되는, 성능 파라미터 측정 방법.
10. 제9조항에 있어서, 상기 앵커 포인트는 상기 서브타겟 내의 알려진 위치에서의 상기 바이어스 변동의 기울기의 변화와 연관된 것인, 성능 파라미터 측정 방법.
11. 제1조항 내지 제10조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 성능 파라미터는 오버레이이고 상기 바이어스 변동은 2개의 상이한 리소그래피 단계에서 기판 상에 인쇄된 피처들 사이의 프로그래밍된 위치 오프셋의 변동인, 성능 파라미터 측정 방법.
12. 리소그래피 장치에서 사용되는 패터닝 디바이스로서, 상기 패터닝 디바이스는 하나 이상의 디바이스 패턴을 규정하는 부분 및 하나 이상의 계측 패턴을 규정하는 부분을 포함하고, 상기 계측 패턴은 제1조항 내지 제11조항 중 어느 한 조항에 따른 방법에서 사용되는 적어도 하나의 타겟을 포함하고, 상기 타겟은 타겟 상의 위치들 간에 바이어스 변동을 가지며, 상기 바이어스 변동은 비대칭-관련 속성에 있는 것인, 패터닝 디바이스.
13. 제12조항에 있어서, 상기 타겟 내의 상기 위치들은 적어도 하나의 음의 바이어스 값을 갖는 위치들 및 적어도 하나의 양의 바이어스 값과 연관된 위치들을 포함하는, 패터닝 디바이스.
14. 제13조항에 있어서, 상기 타겟 내의 상기 위치들은 둘 이상의 음의 바이어스 값 및 둘 이상의 양의 바이어스 값을 갖는 위치들을 포함하는, 패터닝 디바이스.
15. 제14조항에 있어서, 상기 타겟 내의 상기 위치들은 상기 타겟의 영역에 걸친 바이어스 값의 연속적인 변동을 갖는 위치들을 포함하는, 패터닝 디바이스.
6. 제12조항 내지 제15조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 타겟은 적어도 2개의 서브타겟을 포함하고, 각각의 서브타겟은 상이한 바이어스 변동을 갖는, 패터닝 디바이스.
17. 제16조항에 있어서, 2개의 서브타겟은 동일한 크기이지만 서로 반대의 바이어스 변동을 갖는, 패터닝 디바이스.
18. 제16조항 또는 제17조항에 있어서, 하나 이상의 앵커 포인트가 각 서브타겟의 피처에 의해 규정되는, 패터닝 디바이스.
19. 제18조항에 있어서, 상기 앵커 포인트는 상기 바이어스 변동에 있는 피처에 의해 규정되는, 패터닝 디바이스.
20. 제19조항에 있어서, 상기 앵커 포인트는 상기 서브타겟 내의 위치에서의 상기 바이어스 변동의 기울기의 변화에 의해 규정되는, 패터닝 디바이스.
21. 제12조항 내지 제20조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 성능 파라미터는 오버레이이고, 패터닝 디바이스는 디바이스 구조체의 상이한 층들을 규정하는 데 사용하기 위한 패터닝 디바이스들의 세트 중 하나이고, 상기 바이어스 변동은 이러한 세트의 다른 패터닝 디바이스에 규정된 피처들 간의 프로그래밍된 위치 오프셋인, 패터닝 디바이스.
22. 제21조항에 있어서, 상기 바이어스 변동은 상기 패터닝 디바이스에 의해 규정된 격자 피처와 세트의 다른 패터닝 디바이스에 의해 규정된 격자 피처 간의 각도에 의해 적어도 부분적으로 규정되는, 패터닝 디바이스.
23. 제21조항 또는 제22조항에 있어서, 상기 바이어스 변동은 상기 패터닝 디바이스에 의해 규정된 격자 피처와 세트의 다른 패터닝 디바이스에 의해 규정된 격자 피처 사이의 피치 차이에 의해 적어도 부분적으로 규정되는, 패터닝 디바이스.
24. 제23조항에 있어서, 상기 바이어스 변동에 있어서 적어도 하나의 기울기의 변화는 패터닝 디바이스에 의해 규정된 격자 피처 내의 위치에서의 피치 변화에 의해 규정되는, 패터닝 디바이스.
25. 계측 장치로서,
타겟을 방사선으로 조명하도록 구성된 조명 시스템; 및
타겟의 조명으로부터 발생하는 산란 방사선을 검출하도록 구성된 검출 시스템을 포함하고, 상기 계측 장치는 제1조항 내지 제11조항 중 어느 한 조항에 따른 방법을 수행하도록 동작할 수 있는, 계측 장치.
26. 적절한 프로세서 제어 장치 상에서 실행될 때 프로세서 제어 장치로 하여금 제1조항 내지 제11조항 중 어느 한 조항의 방법을 수행하게 하는 프로세서 판독가능 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
27. 제26조항의 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 캐리어.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특별히 언급하였지만, 본 발명은 다른 응용예, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서도 이용될 수 있고, 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않음이 인식될 것이다. 임프린트 리소그래피에서 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판 상에 생성되는 패턴을 규정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있고, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후 레지스트로부터 분리되어 레지스트에 패턴을 남겨둔다.
본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV)선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV)선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선 뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔 등의 입자 빔을 포괄한다.
문맥이 허용하는 경우, "렌즈"라는 용어는 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형 및 정전형 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 컴포넌트 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.
특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 일반적인 본질을 충분히 드러낼 것이므로, 당업계 내의 지식을 적용함으로써, 과도한 실험없이, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고도, 이러한 특정 실시예를 용이하게 수정하고 및/또는 다양한 응용을 위해 적응시킬 수 있을 것이다. 그러므로, 그러한 적응예 및 수정예는 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여 개시된 실시예의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 어구 또는 용어는 이러한 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석될 수 있도록 예시적인 설명을 하기 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 범위 및 폭은 전술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구범위 및 그 균등범위에 따라서만 규정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 리소그래피 프로세스의 성능 파라미터를 측정하는 방법으로서,
    기판 상에 형성된 타겟 상의 위치들로부터 회절 차수 세기들에 대한 복수의 비대칭 측정을 획득하는 단계;
    상기 타겟 상의 위치들 간의 바이어스 변동에 기초하여, 상기 복수의 비대칭 측정을 비대칭과 상기 성능 파라미터 사이의 적어도 하나의 예상된 관계에 피팅(fitting)하는 단계; 및
    피팅된 관계로부터 상기 성능 파라미터에 대한 척도를 도출하는 단계를 포함하고,
    적어도 2개의 서브타겟 상의 위치들로부터 비대칭 측정이 획득되고, 각 서브타겟에 대한 비대칭 측정은 상이한 서브타겟들과 연관된 상이한 바이어스 변동들에 따라 해당 서브타겟에 대한 예상된 관계에 피팅되고, 성능 파라미터의 측정을 결정하기 위해 상기 2개의 서브타겟에 대한 피팅된 관계가 함께 사용되며,
    상기 피팅된 관계 중 2개 이상은, 성능 파라미터의 측정을 결정하기 위해 함께 사용되기 전에, 상기 타겟의 피처에 의해 규정되는 하나 이상의 앵커 포인트를 참조하여 정렬되는, 성능 파라미터 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비대칭 측정을 비대칭과 상기 성능 파라미터 사이의 적어도 하나의 예상된 관계에 피팅하는 단계는, 상기 예상된 관계로부터 벗어나고 및/또는 상기 피팅된 관계의 특정 세그먼트의 범위 밖에 있는 측정을 전적으로 또는 부분적으로 감가(discount)하는 단계를 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 예상된 관계는 소정 바이어스 값에서의 제로 비대칭의 예상을 포함하고, 상기 복수의 측정은 적어도 하나의 음의 바이어스 값과 연관된 위치들 및 적어도 하나의 양의 바이어스 값과 연관된 위치들을 포함하는 위치들로부터의 측정을 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 측정은 둘 이상의 음의 바이어스 값 및 둘 이상의 양의 바이어스 값과 연관된 위치들로부터의 측정을 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 측정은 상기 타겟의 영역에 걸친 바이어스 값의 연속적인 변동과 연관된 위치들로부터의 측정을 포함하는, 성능 파라미터 측정 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 비대칭 측정은 2개의 서브타겟으로부터 획득되고, 상기 2개의 서브타겟은 동일한 크기이지만 서로 반대인 바이어스 변동을 갖는 것으로 가정되는, 성능 파라미터 측정 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 앵커 포인트는 측정된 비대칭의 변동에 있는 피처를 사용하여 식별되는, 성능 파라미터 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 앵커 포인트는 상기 서브타겟 내의 알려진 위치에서의 상기 바이어스 변동의 기울기의 변화와 연관된 것인, 성능 파라미터 측정 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성능 파라미터는 오버레이이고 상기 바이어스 변동은 2개의 상이한 리소그래피 단계에서 기판 상에 인쇄된 피처들 사이의 프로그래밍된 위치 오프셋의 변동인, 성능 파라미터 측정 방법.
  12. 리소그래피 장치에서 사용되는 패터닝 디바이스로서, 상기 패터닝 디바이스는 하나 이상의 디바이스 패턴을 규정하는 부분 및 하나 이상의 계측 패턴을 규정하는 부분을 포함하고, 상기 계측 패턴은 제1항 또는 제2항에 따른 방법에서 사용되는 적어도 하나의 타겟을 포함하고, 상기 타겟은 타겟 상의 위치들 간에 바이어스 변동을 가지며, 상기 바이어스 변동은 비대칭-관련 속성에 있는 것인, 패터닝 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 타겟 내의 상기 위치들은 적어도 하나의 음의 바이어스 값을 갖는 위치들 및 적어도 하나의 양의 바이어스 값과 연관된 위치들을 포함하는, 패터닝 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 타겟 내의 상기 위치들은 둘 이상의 음의 바이어스 값 및 둘 이상의 양의 바이어스 값을 갖는 위치들을 포함하는, 패터닝 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 타겟 내의 상기 위치들은 상기 타겟의 영역에 걸친 바이어스 값의 연속적인 변동을 갖는 위치들을 포함하는, 패터닝 디바이스.
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