KR20190031542A - 타겟을 측정하는 방법, 기판, 메트롤로지 장치, 및 리소그래피 장치 - Google Patents
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Abstract
타겟을 측정하는 방법, 연계된 기판, 메트롤로지 장치 및 리소그래피 장치가 개시된다. 일 구성에서, 타겟은 층 구조체를 포함한다. 층 구조체는 제 1 층의 제 1 타겟 구조체 및 제 2 층의 제 2 타겟 구조체를 갖는다. 상기 방법은 측정 방사선으로 타겟을 조명하는 단계를 포함한다. 복수의 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선이 검출된다. 사전설정된 회절 차수들은 제 1 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절에 의해 생성되고, 후속하여 제 2 타겟 구조체로부터 회절된다. 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선을 이용하여 리소그래피 공정의 특성이 계산된다.
Description
본 출원은 2016년 7월 21일에 출원된 US 출원 62/365,142호, 2016년 9월 14일에 출원된 US 출원 62/394,457호, 및 2016년 9월 27일에 출원된 US 출원 62/400,360호의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술들에 의한 디바이스들의 제조 시에 이용가능한 메트롤로지를 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성된 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경 및 오버레이, 즉 디바이스 내의 두 층들의 정렬 정확성의 척도를 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 오버레이는 두 층들 간의 오정렬 정도에 관하여 설명될 수 있으며, 예를 들어 1 nm의 측정된 오버레이에 대한 언급은 두 층들이 1 nm만큼 오정렬되는 상황을 설명할 수 있다.
최근에는, 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 스케터로미터(scatterometer)들이 개발되었다. 이 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 산란된 방사선의 1 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 1 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광(polarization) - 을 측정하여, 타겟의 관심 속성(property of interest)이 결정될 수 있는 "스펙트럼"을 얻는다. 관심 속성의 결정은 다양한 기술들: 예를 들어, 라이브러리 탐색; 주성분 분석; 및 RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법들과 같은 반복 접근법들에 의한 타겟의 재구성에 의해 수행될 수 있다.
종래의 스케터로미터들에 의해 사용되는 타겟들은 비교적 큰, 예를 들어 40㎛×40㎛ 격자들이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿을 발생시킨다[즉, 격자가 언더필링(underfill)됨]. 이는 무한한 것으로서 간주될 수 있기 때문에 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다. 하지만, 예를 들어 10㎛×10㎛ 이하까지 타겟들의 크기를 감소시키고, 예를 들어 이에 따라 이들이 스크라이브 레인(scribe lane) 내에 위치되기보다는 제품 피처(product feature)들 사이에 위치될 수 있기 위해, 격자가 측정 스폿보다 작게 구성되는[즉, 격자라 오버필링(overfill)되는] 메트롤로지가 제안되었다. 통상적으로, 이러한 타겟들은 (정반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고, 더 높은 차수들만이 처리되는 다크 필드 스케터로메트리(dark field scatterometry)를 이용하여 측정된다. 다크 필드 메트롤로지의 예시들은 국제 특허 출원들 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있으며, 이 문서들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 특허 공개공보들 US20110027704A, US20110043791A, 및 US20120242970A에서 설명되었다. 이 출원들도 모두 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 회절 차수들의 다크-필드 검출을 이용한 회절-기반 오버레이는 더 작은 타겟들에 대한 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 타겟들은 하나의 이미지에서 측정될 수 있는 다수 격자들을 포함할 수 있다.
알려진 메트롤로지 기술에서, -1차 및 +1차 회절 세기들을 개별적으로 얻기 위해 조명 모드 또는 이미징 모드를 변화시키거나, 오버레이 타겟을 회전시키면서, 소정 조건들 하에 오버레이 타겟을 두 번 측정함으로써 오버레이 측정 결과들이 얻어진다. 주어진 오버레이 타겟에 대한 세기 비대칭, 이 회절 차수 세기들의 비교가 타겟 비대칭, 즉 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공한다. 오버레이 타겟에서의 이 비대칭이 오버레이 오차(두 층들의 바람직하지 않은 오정렬)의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서의 변화들이 오버레이 오차 측정들의 견고성 또는 신뢰성을 감소시킬 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 목적은 오버레이 오차와 같은 리소그래피 특성의 측정들의 견고성 또는 신뢰성을 개선하는 것이다.
일 실시형태에 따르면, 리소그래피 공정에 의해 형성된 타겟을 측정하는 방법이 제공되고, 타겟은 제 1 층의 제 1 타겟 구조체 및 제 2 층의 제 2 타겟 구조체를 갖는 층 구조체(layered structure)를 포함하며, 상기 방법은: 측정 방사선으로 타겟을 조명하는 단계; 복수의 사전설정된 회절 차수들 사이에서 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선을 검출하는 단계 -사전설정된 회절 차수들은 제 1 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절에 의해 생성되고 후속하여 제 2 타겟 구조체로부터 회절됨- ; 및 사전설정된 회절 차수들 사이에서 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선을 이용하여 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계를 포함한다.
대안적인 실시형태에 따르면, 리소그래피 공정에 의해 형성된 타겟을 포함하는 기판이 제공되고, 타겟은 제 1 층의 제 1 타겟 구조체 및 제 2 층의 제 2 타겟 구조체를 갖는 층 구조체를 포함하며, 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체는 측정 방사선으로 타겟이 조명되는 경우에 타겟으로부터 산란되는 방사선의 검출을 허용하도록 구성되고, 검출된 산란 방사선은 복수의 사전설정된 회절 차수들 사이에서 간섭에 의해 형성되며, 사전설정된 회절 차수들은 제 1 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절에 의해 생성되고 후속하여 제 2 타겟 구조체로부터 회절된다.
첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 본 명세서에서, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 교시에 기초하여 추가적인 실시예들을 명백히 알 것이다.
이제 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3a 내지 도 3d는 (a) 제 1 쌍의 조명 어퍼처(illumination aperture)들을 이용하여 타겟들을 측정하는 데 사용되는 다크 필드 스케터로미터의 개략적인 다이어그램, (b) 주어진 방향의 조명에 대한 타겟 격자의 상세한 회절 스펙트럼, (c) 회절 기반 오버레이 측정들을 위해 스케터로미터를 이용함에 있어서 또 다른 조명 모드들을 제공하는 제 2 쌍의 조명 어퍼처들, 및 (d) 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 조명 어퍼처들을 포함하는 도면;
도 4는 알려진 형태의 다수 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline)을 도시하는 도면;
도 5는 도 3의 스케터로미터에서 얻어진 도 4의 타겟의 이미지를 도시하는 도면;
도 6은 도 3의 스케터로미터를 이용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 나타내고, 본 발명의 실시예들을 형성하도록 순응가능한 흐름도;
도 7은 알려진 방식으로 오버레이 타겟에 의한 회절로부터 발생하는 주 회절 모드들 중 일부를 예시하는 도면;
도 8a 내지 도 8c는 본 명세서에 개시된 타겟들을 디자인하는 데 이용가능한 예시적인 타겟 디자인 방법의 상이한 실시형태들의 흐름도들;
도 9는 예시적인 타겟을 통한 예시적인 광선들의 궤적들을 나타내는 사시도;
도 10은 상이한 앵글로부터의 도 9의 구성의 사시도;
도 11은 또 다른 상이한 앵글로부터의 도 9의 구성의 사시도;
도 12는 도 9의 구성의 측단면도;
도 13은 타겟 내의 예시적인 제 2 타겟 구조체의 평면도;
도 14는 도 13의 타겟 내의 예시적인 제 1 타겟 구조체의 평면도;
도 15는 겹치는 타겟 서브-구조체들의 두 쌍들로부터 형성되는 검출된 프린지 패턴(fringe pattern)들을 도시하는 도면;
도 16은 관심 구역에서의 프린지 패턴들의 위치(수평축)에 대한 신호 세기(수직축)의 플롯들;
도 17a 및 도 17b는 도 16의 프린지 패턴들의 주파수 스펙트럼 및 위상 스펙트럼을 각각 도시하는 도면;
도 18은 2 개의 상이한 오버레이 값들에서 측정 방사선의 상이한 파장들에 대한 위상의 측정들의 플롯;
도 19는 5 개의 상이한 오버레이 값들에서 상이한 타겟 두께들(층 두께)에 대한 위상의 측정들의 플롯;
도 20a 및 도 20b는 또 다른 예시적인 제 2 타겟 구조체 및 또 다른 예시적인 제 1 타겟 구조체 각각의 평면도들;
도 21은 동일한 피치를 갖는 제 1 주기적 성분들을 갖는 겹치는 타겟 서브-구조체들의 쌍을 포함하는 타겟을 통한 예시적인 광선들의 궤적들을 도시하는 도면;
도 22는 도 21에 나타낸 겹치는 타겟 서브-구조체들로부터의 회절의 푸리에 공간(Fourier space) 표현;
도 23은 도 21에 도시된 타입의 겹치는 타겟 서브-구조체들의 4 개의 상이하게 편향된 쌍들로부터의 산란으로부터 발생하는 4 개의 세기 서브-구역들을 도시하는 도면;
도 24는 도 21에 도시된 타입의 겹치는 타겟 서브-구조체들의 4 개의 상이하게 편향된 쌍들의 평면도;
도 25는 도 24에 나타낸 평면 X-X에 수직인 측단면도;
도 26은 도 24에 나타낸 평면 Y-Y에 수직인 측단면도;
도 27은 도 21에 도시된 타입의 겹치는 타겟 서브-구조체들의 4 개의 상이하게 편향된 쌍들에 대응하는 4 개의 예상 세기 값들을 나타내는, 오버레이 오프셋에 대한 예상 세기 변동의 플롯;
도 28은 상이한 피치를 갖는 제 1 주기적 성분들을 갖는 겹치는 타겟 서브-구조체들의 쌍을 포함하는 타겟을 통한 예시적인 광선들의 궤적들을 도시하는 도면;
도 29는 도 28에 나타낸 겹치는 타겟 서브-구조체들로부터의 회절의 푸리에 공간 표현;
도 30은 도 29에 도시된 타입의 겹치는 타겟 서브-구조체들의 2 개의 쌍들의 평면도;
도 31은 도 30에 나타낸 평면 X-X에 수직인 측단면도;
도 32는 상이한 층들에서 상이한 피치들을 갖는 4 개의 타겟 구조체들을 포함하는 타겟의 측단면도;
도 33a 내지 도 33c는 공통 피치 및 상이한 오버레이 편향을 갖는 타겟 서브-구조체들의 쌍들을 이용하여 오버레이 오차를 측정하는 방법과, 상이한 피치를 갖는 타겟 서브-구조체들의 쌍을 이용하여 오버레이 오차를 측정하는 방법 간의 관련성(correspondence)을 예시하는 도면;
도 34는 직사각형 요소들을 갖는 바둑판 패턴을 도시하는 도면;
도 35는 기울어진 바둑판 패턴을 도시하는 도면; 및
도 36a, 36b, 도 37a, 37b, 도 38a, 38b, 및 도 39a, 39b는 타겟 구조체들의 쌍들의 또 다른 예시들을 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3a 내지 도 3d는 (a) 제 1 쌍의 조명 어퍼처(illumination aperture)들을 이용하여 타겟들을 측정하는 데 사용되는 다크 필드 스케터로미터의 개략적인 다이어그램, (b) 주어진 방향의 조명에 대한 타겟 격자의 상세한 회절 스펙트럼, (c) 회절 기반 오버레이 측정들을 위해 스케터로미터를 이용함에 있어서 또 다른 조명 모드들을 제공하는 제 2 쌍의 조명 어퍼처들, 및 (d) 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 조명 어퍼처들을 포함하는 도면;
도 4는 알려진 형태의 다수 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline)을 도시하는 도면;
도 5는 도 3의 스케터로미터에서 얻어진 도 4의 타겟의 이미지를 도시하는 도면;
도 6은 도 3의 스케터로미터를 이용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 나타내고, 본 발명의 실시예들을 형성하도록 순응가능한 흐름도;
도 7은 알려진 방식으로 오버레이 타겟에 의한 회절로부터 발생하는 주 회절 모드들 중 일부를 예시하는 도면;
도 8a 내지 도 8c는 본 명세서에 개시된 타겟들을 디자인하는 데 이용가능한 예시적인 타겟 디자인 방법의 상이한 실시형태들의 흐름도들;
도 9는 예시적인 타겟을 통한 예시적인 광선들의 궤적들을 나타내는 사시도;
도 10은 상이한 앵글로부터의 도 9의 구성의 사시도;
도 11은 또 다른 상이한 앵글로부터의 도 9의 구성의 사시도;
도 12는 도 9의 구성의 측단면도;
도 13은 타겟 내의 예시적인 제 2 타겟 구조체의 평면도;
도 14는 도 13의 타겟 내의 예시적인 제 1 타겟 구조체의 평면도;
도 15는 겹치는 타겟 서브-구조체들의 두 쌍들로부터 형성되는 검출된 프린지 패턴(fringe pattern)들을 도시하는 도면;
도 16은 관심 구역에서의 프린지 패턴들의 위치(수평축)에 대한 신호 세기(수직축)의 플롯들;
도 17a 및 도 17b는 도 16의 프린지 패턴들의 주파수 스펙트럼 및 위상 스펙트럼을 각각 도시하는 도면;
도 18은 2 개의 상이한 오버레이 값들에서 측정 방사선의 상이한 파장들에 대한 위상의 측정들의 플롯;
도 19는 5 개의 상이한 오버레이 값들에서 상이한 타겟 두께들(층 두께)에 대한 위상의 측정들의 플롯;
도 20a 및 도 20b는 또 다른 예시적인 제 2 타겟 구조체 및 또 다른 예시적인 제 1 타겟 구조체 각각의 평면도들;
도 21은 동일한 피치를 갖는 제 1 주기적 성분들을 갖는 겹치는 타겟 서브-구조체들의 쌍을 포함하는 타겟을 통한 예시적인 광선들의 궤적들을 도시하는 도면;
도 22는 도 21에 나타낸 겹치는 타겟 서브-구조체들로부터의 회절의 푸리에 공간(Fourier space) 표현;
도 23은 도 21에 도시된 타입의 겹치는 타겟 서브-구조체들의 4 개의 상이하게 편향된 쌍들로부터의 산란으로부터 발생하는 4 개의 세기 서브-구역들을 도시하는 도면;
도 24는 도 21에 도시된 타입의 겹치는 타겟 서브-구조체들의 4 개의 상이하게 편향된 쌍들의 평면도;
도 25는 도 24에 나타낸 평면 X-X에 수직인 측단면도;
도 26은 도 24에 나타낸 평면 Y-Y에 수직인 측단면도;
도 27은 도 21에 도시된 타입의 겹치는 타겟 서브-구조체들의 4 개의 상이하게 편향된 쌍들에 대응하는 4 개의 예상 세기 값들을 나타내는, 오버레이 오프셋에 대한 예상 세기 변동의 플롯;
도 28은 상이한 피치를 갖는 제 1 주기적 성분들을 갖는 겹치는 타겟 서브-구조체들의 쌍을 포함하는 타겟을 통한 예시적인 광선들의 궤적들을 도시하는 도면;
도 29는 도 28에 나타낸 겹치는 타겟 서브-구조체들로부터의 회절의 푸리에 공간 표현;
도 30은 도 29에 도시된 타입의 겹치는 타겟 서브-구조체들의 2 개의 쌍들의 평면도;
도 31은 도 30에 나타낸 평면 X-X에 수직인 측단면도;
도 32는 상이한 층들에서 상이한 피치들을 갖는 4 개의 타겟 구조체들을 포함하는 타겟의 측단면도;
도 33a 내지 도 33c는 공통 피치 및 상이한 오버레이 편향을 갖는 타겟 서브-구조체들의 쌍들을 이용하여 오버레이 오차를 측정하는 방법과, 상이한 피치를 갖는 타겟 서브-구조체들의 쌍을 이용하여 오버레이 오차를 측정하는 방법 간의 관련성(correspondence)을 예시하는 도면;
도 34는 직사각형 요소들을 갖는 바둑판 패턴을 도시하는 도면;
도 35는 기울어진 바둑판 패턴을 도시하는 도면; 및
도 36a, 36b, 도 37a, 37b, 도 38a, 38b, 및 도 39a, 39b는 타겟 구조체들의 쌍들의 또 다른 예시들을 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 광학 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 광학 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 광학 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "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 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 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 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 광학 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스하고, 이로 인해 타겟부(C) 상에 패턴의 이미지를 투영한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마커들이 포함될 수도 있으며, 이 경우 마커들은 인접한 피처들과 상이한 여하한의 이미징 또는 공정 조건들을 필요로 하지 않고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 정렬 마커들을 검출하는 정렬 시스템은 아래에서 더 설명된다.
도시된 장치는, 예를 들어 스텝 모드 또는 스캔 모드를 포함하는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 리소그래피 장치의 구성 및 작동은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 본 발명의 이해를 위해 더 설명될 필요는 없다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC) 또는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 시스템의 일부분을 형성한다. 또한, 리소그래피 셀(LC)은 기판 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
메트롤로지 장치가 도 3a에 도시된다. 도 3b에는 타겟(T) 및 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선(diffracted ray)들이 더 상세히 예시된다. 예시된 메트롤로지 장치는 다크 필드 메트롤로지 장치로서 알려진 타입으로 이루어진다. 메트롤로지 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서의 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광학 축선이 점선(O)으로 나타내어진다. 이 장치에서, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의해 방출된 광이 렌즈들(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(beam splitter: 15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 이중 시퀀스(double sequence)로 배치된다. 상이한 렌즈 구성이 여전히 검출기 상에 기판 이미지를 제공하는 것을 전제로 사용될 수 있으며, 동시에 공간-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다. 그러므로, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (켤레) 퓨필 평면이라고 칭하는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면 내의 공간 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물 렌즈 퓨필 평면의 배면-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(aperture plate: 13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지며, 상이한 조명 모드들이 선택되게 한다. 나타낸 예시들에서의 조명 시스템은 오프-액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13N이 단지 설명을 위해 '북'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스를 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13S가 유사하지만 '남'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어두운데(dark), 이는 바람직한 조명 모드 외의 여하한의 불필요한 광이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 것이기 때문이다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 타겟(T)이 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 수직인 기판(W)과 배치된다. 기판(W)은 지지체(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 측정 방사선의 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟을 이용하면, 이 광선들은 메트로롤지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다는 것을 기억하여야 한다. 플레이트(13) 내의 어퍼처가 (유용한 양의 광을 수용하는 데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선들(I)은 사실상 다양한 각도들을 차지할 것이고, 회절된 광선들(0 및 +1/-1)은 어느 정도 확산(spread out)될 것이다. 작은 타겟의 점확산 함수(point spread function)에 따르면, 각각의 차수 +1 및 -1은 나타낸 바와 같은 단일의 이상적인 광선이 아니라, 다양한 각도들에 걸쳐 더 확산될 것이다. 타겟들의 격자 피치들 및 조명 각도들은, 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광학 축선과 밀접하게 정렬되도록 디자인되거나 조정될 수 있다는 것을 유의한다. 도 3a 및 도 3b에 예시된 광선들은 순전히 다이어그램에서 이들이 더 쉽게 구별될 수 있도록 어느 정도 축선을 벗어나 도시된다.
적어도 기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 도 3a로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광학 축선의 북쪽으로부터인 경우, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13N을 이용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 대조적으로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13S를 이용하여 적용되는 경우, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어가는 광선들이다.
제 2 빔 스플리터(17)가 회절된 빔들을 2 개의 측정 브랜치들로 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(18)이 0차 및 1차 회절 빔들을 이용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수가 센서 상의 상이한 지점을 타격하여, 이미지 처리가 차수들을 비교하고 대조하도록 할 수 있다. 센서(19)에 의해 포착된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고, 및/또는 1차 빔의 세기 측정들을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정을 위해 사용될 수 있다.
제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 퓨필-평면에 대해 켤레인 평면에 어퍼처 스톱(aperture stop: 21)이 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 이의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 격자 라인들의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.
도 3에 나타낸 어퍼처 플레이트(13) 및 필드 스톱(field stop: 21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟들의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 광의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서, 1차 빔 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선을 이 상이한 타입들의 측정에 적응가능하게 만들기 위해, 어퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 회전되어 제 자리에 원하는 패턴을 야기한다. 어퍼처 플레이트 13N 또는 13S는 한 방향으로(셋업에 의존하여 X 또는 Y) 방위되는 격자들을 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 것을 유의한다. 직교 격자의 측정을 위해서는, 90°및 270°에 걸친 타겟의 회전이 시행될 수 있다. 상이한 어퍼처 플레이트들이 도 3c 및 도 3d에 도시된다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은 앞서 언급된, 사전 공개된 출원들에서 설명된다.
도 4는 알려진 실행에 따라 기판 상에 형성된 오버레이 타겟 또는 복합 오버레이 타겟을 도시한다. 이 예시에서의 오버레이 타겟은 메트롤로지 장치의 메트롤로지 방사선 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 서브-오버레이 타겟들(예를 들어, 격자들)(32 내지 35)을 포함한다. 따라서, 4 개의 서브-오버레이 타겟들은 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서들(19 및 23) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 격자들(32 내지 35)은 자체로 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 오버라잉 격자(overlying grating)들에 의해 형성된 복합 격자들이다. 격자들(32 내지 35)은 상이하게 편향된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 격자들의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 오버레이 편향의 의미는 아래에서 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 또한, 격자들(32 내지 35)은 나타낸 바와 같이 입사 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키도록 그 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 격자들(32 및 34)은 X-방향 격자들이며, 각각 오프셋들 +d, -d를 갖는다. 격자들(33 및 35)은 Y-방향 격자들이며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 이 격자들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 단지 오버레이 타겟의 일 예시이다. 오버레이 타겟은 4 개보다 많거나 적은 격자들, 또는 단일 격자를 포함할 수 있다.
도 5는 도 3d로부터의 어퍼처 플레이트들(13NW 또는 13SE)을 이용하는 도 3의 장치에서 도 4의 오버레이 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별적 격자들(32 내지 35)을 분해할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 이 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)은 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이 안에서, 직사각형 영역들(42 내지 45)은 작은 오버레이 타겟 격자들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 오버레이 타겟들이 제품 영역들 내에 위치되는 경우, 제품 피처들도 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)가 격자들(32 내지 35)의 개별 이미지들(42 내지 45)을 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이 이미지들을 처리한다. 이 방식으로, 이미지들은 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬되지 않아도 되며, 이는 전체적으로 측정 장치의 스루풋을 크게 개선한다.
일단 오버레이 타겟들의 개별 이미지들이 식별되면, 그 개별적인 이미지들의 세기들은 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 합산하거나 평균함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기들 및/또는 다른 속성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하도록 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예시이다.
도 6은, 예를 들어 출원 WO 2011/012624에서 설명된 방법을 이용하여, 성분 오버레이 타겟들(32 내지 35)을 포함한 두 층들 간의 오버레이 오차(즉, 바람직하지 않고 의도하지 않은 오버레이 오정렬)이 측정되는 방식을 예시한다. 이러한 방법은 마이크로 회절 기반 오버레이(μDBO)라고 칭해질 수 있다. 이 측정은 세기 비대칭의 측정을 얻기 위해 +1차 및 -1차 다크 필드 이미지들에서의 그 세기들을 비교함으로써(예를 들어, +2차 및 -2차와 같이 다른 대응하는 더 높은 차수의 세기들이 비교될 수 있음) 드러나는 바와 같은 오버레이 타겟 비대칭을 통해 행해진다. 단계 S1에서, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀과 같은 리소그래피 장치를 통해 한 번 이상 처리되어, 격자들(32 내지 35)을 포함한 오버레이 타겟을 생성한다. S2에서, 예를 들어 도 3의 메트롤로지 장치를 이용하여, 오버레이 타겟들(32 내지 35)의 이미지가 1차 회절 빔들 중 하나만(가령 -1)을 이용하여 얻어진다. 단계 S3에서, 메트롤로지 장치의 시야에서 기판(W)을 180°만큼 회전시킴으로써, 또는 조명 모드를 변화시키거나, 이미징 모드를 변화시킴으로써, 다른 1차 회절 빔(+1)을 이용하는 오버레이 타겟들의 제 2 이미지가 얻어질 수 있다. 결과적으로, +1 회절 방사선은 제 2 이미지에서 포착된다.
각각의 이미지에서 1차 회절 방사선 중 절반만을 포함함으로써, 본 명세서에서 언급되는 '이미지들'은 종래의 다크 필드 현미경 이미지들이 아니라는 것을 유의한다. 오버레이 타겟들의 개별적인 오버레이 타겟 라인들은 분해되지 않을 것이다. 각각의 오버레이 타겟이 소정 세기 레벨의 영역에 의해 간단히 표현될 것이다. 단계 S4에서, 관심 구역(ROI)이 각각의 성분 오버레이 타겟의 이미지 내에서 식별되고, 이로부터 세기 레벨들이 측정될 것이다.
각각의 개별적인 오버레이 타겟에 대한 ROI가 식별되고 그 세기가 측정되면, 그 후 오버레이 타겟의 비대칭 및 이에 따른 오버레이 오차가 결정될 수 있다. 이는 [예를 들어, 프로세서(PU)에 의해] 각각의 오버레이 타겟(32 내지 35)에 대한 +1차 및 -1차에 대해 얻어지는 세기 값들을 비교하여, 이들의 세기 비대칭, 예를 들어 이들 세기의 여하한의 차이를 식별하는 단계 S5에서 행해진다. "차이"라는 용어는 감산(subtraction)만을 칭하도록 의도되지 않는다. 차이들은 비율의 형태로 계산될 수 있다. 단계 S6에서, 다수의 오버레이 타겟들에 대한 측정된 세기 비대칭들은, 오버레이 타겟들의 여하한의 알려진 부과된 오버레이 편향들의 정보와 함께, 오버레이 타겟(T) 부근에서 리소그래피 공정의 1 이상의 성능 파라미터를 계산하는 데 사용된다. 본 명세서에 설명된 적용들에는, 2 이상의 상이한 측정 레시피들을 이용한 측정들이 포함될 것이다. 크게 관심있는 성능 파라미터는 오버레이이다.
도 7은 겹치는 주기적 구조들을 포함하는 오버레이 타겟의 전형적인 회절 구성을 예시한다. 겹치는 주기적 구조체들은 제 1 주기적 구조체(또는 제 1 격자) 및 제 2 주기적 구조체(또는 제 2 격자)를 포함한다. 나타낸 특정한 예시에서, 제 1 층의 제 1 (하부) 격자(700) 및 제 2 층의 제 2 (상부) 격자(710)가 존재하고, 모두 기판(705) 상에 형성된다. 제 1 격자(700)와 제 2 격자(710) 사이에는 층 재료(740)가 있고, 이는 (이 개략적인 예시에서) 제 2 층 구조체들이 에칭될 재료를 포함할 수 있다. 측정 방사선(720)이 제 2 격자(710) 상에 입사하여, 0이 아닌(예를 들어, 1차) 회절 차수들(730)을 형성하는 회절을 유도한다. 또한, 측정 방사선(720) 중 일부(0차)는 제 2 격자(710) 및 층 재료(740)를 통과하여 제 1 격자(700) 상에 입사하고, 여기에서 다시 0이 아닌(예를 들어, 1차) 회절 차수들(750)을 형성하는 회절이 존재한다. 제 2 격자(710)로부터의 0이 아닌 회절 차수들(730) 및 제 1 격자(700)로부터의 0이 아닌 회절 차수들(750)은 결국 (예를 들어, 원거리 필드에서) 간섭하여, 센서[예를 들어, 도 3a에 도시된 장치의 센서(19) 또는 센서(23)]에 의해 포착될 수 있는 오버레이 신호를 형성한다. 이 다이어그램은 오버레이 신호를 생성하는 관련 원리를 예시하기 위해서만 제공되며, 단순화를 위해 모든 회절 모드를 나타내지는 않는다(예를 들어, 투과 회절 모드들이 도시되지 않음). 이미 설명된 바와 같이, 제 1 격자(700)와 제 2 격자(710) 사이에 의도적인 오프셋(도시되지 않음)이 존재할 수 있다.
D4C와 같은 메트롤로지 타겟 디자인 플랫폼이 메트롤로지 (오버레이) 타겟을 디자인하는 데 사용될 수 있다. D4C는 사용자가 D4C 프로그램 생성자로부터의 개입 없이 메트롤로지 타겟들을 디자인하기 위해 필요한 모든 단계들을 수행할 수 있게 한다. D4C 프로그램의 특징들을 설정, 실행, 검토 및 사용하기 위해 적절한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)가 이용가능하게 한다. 일반적으로, 메트롤로지 타겟 디자인이 실제 디바이스 제조 도메인보다는 시뮬레이션 도메인에서 주로 한정되기 때문에 제작 툴과의 특수한 인터페이스는 필요하지 않다.
멀티-피직스(multi-physics) 3-D 모델링 소프트웨어와 같은 종래의 타겟 디자인 툴들은, 일반적으로 순전히 그래픽인 영역 또는 볼륨 요소들을 사용하여 기하학적 구조체를 "드로잉(draw)" 또는 "구축(build)"한다. 이러한 그래픽 요소들에는 멀티-피직스 파라미터 특성들이 할당된다. D4C 방법과 종래 방법의 기본적인 차이는 리소그래피 공정 자체가 메트롤로지 타겟들의 3D 구조체의 렌더링(rendering)을 구동하여, 설계자가 모델을 요소별로 구축하지 않아도 된다는 것이다.
도 8a는 D4C 방법의 주 스테이지들을 열거하는 흐름도이다. 스테이지(1110)에서, 리소그래피 공정에서 사용될 재료들이 선택된다. 재료들은 적절한 GUI를 통해 D4C와 인터페이싱되는 재료 라이브러리로부터 선택될 수 있다. 스테이지(1120)에서, 리소그래피 공정이 공정 단계들 각각에 진입하고, 전체 공정 시퀀스에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 모델을 구축함으로써 정의된다. 스테이지(1130)에서, 메트롤로지 타겟이 정의되고, 즉 타겟에 포함된 다양한 피처들의 치수 및 다른 특성들이 D4C 프로그램에 입력된다. 예를 들어, 격자가 구조체 내에 포함되는 경우, 격자 요소들의 수, 개별적인 격자 요소들의 폭, 두 격자 요소들 간의 간격 등이 정의되어야 한다. 스테이지(1140)에서, 3D 지오메트리가 생성된다. 또한, 이 단계는 다층 타겟 디자인과 관련된 여하한의 정보가 존재하는 경우, 예를 들어 상이한 층들 간의 상대 시프트들을 고려한다. 이 특징은 다층 타겟 디자인을 가능하게 한다. 스테이지(1150)에서, 디자인된 타겟의 최종 지오메트리가 시각화된다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 최종 디자인이 시각화될 뿐만 아니라, 설계자가 리소그래피 공정의 다양한 단계들을 적용할 때 공정-유도 효과들로 인해 3D 지오메트리가 어떻게 형성되고 변화되는지를 시각화할 수도 있다. 예를 들어, 레지스트 패터닝 후 3D 지오메트리는 레지스트 제거 및 에칭 후 3D 지오메트리와 상이하다.
본 기재내용의 중요한 측면은, 타겟 설계자가 모델링 및 시뮬레이션 동안 그 인식 및 제어를 용이하게 하도록 방법의 스테이지들을 시각화할 수 있다는 것이다. "뷰어(viewers)"라고 하는 상이한 시각화 툴들이 D4C 소프트웨어에 내장된다. 예를 들어, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 설계자는 정의된 리소그래피 공정 및 타겟에 따라 재료 플롯들(1160)을 볼 수 있다(또한 런타임 추산 플롯을 얻을 수도 있음). 일단 리소그래피 모델이 생성되면, 설계자는 모델 뷰어 툴(1175)을 통해 모델 파라미터들을 볼 수 있다. 디자인 레이아웃 뷰어 툴(1180)은 디자인 레이아웃을 보는 데 사용될 수 있다(예를 들어, GDS 파일의 시각적 렌더링). 레지스트 프로파일 뷰어 툴(1185)은 레지스트 내의 패턴 프로파일들을 보는 데 사용될 수 있다. 지오메트리 뷰어 툴(1190)은 웨이퍼 상의 3D 구조체들을 보는 데 사용될 수 있다. 퓨필 뷰어 툴(1195)은 메트롤로지 툴 상에서 시뮬레이션된 응답을 보는 데 사용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 뷰잉 툴들이 디자인 및 시뮬레이션 동안 설계자의 이해를 향상시키는 데 이용가능하다는 것을 이해할 것이다. 이 툴들 중 1 이상은 D4C 소프트웨어의 일부 실시예들에서 존재하지 않을 수 있으며, 일부 다른 실시예들에서는 추가적인 뷰잉 툴이 존재할 수 있다.
D4C는 설계자가 수천 또는 심지어 수백만 개의 디자인들을 디자인할 수 있게 한다. 이 디자인들이 모두 필요한 오버레이 신호를 생성하지는 않는다. 오버레이 신호들을 생성하는 이러한 타겟 디자인들 중 하나 또는 서브세트를 결정하기 위해, D4C 방법은 많은 디자인들이 평가되고 시각화되게 한다. 그러므로, 어느 타겟들이 필요한 오버레이 신호들을 생성하는지(및 이들 중 어느 것이 가장 우수한 오버레이 응답을 제공하는지, 및/또는 공정 변동 등에 가장 견고한지)를 식별하는 것이 가능하다.
도 8c는 D4C 프로세스가 리소그래피 공정의 실제 시뮬레이션을 위해 선택되는 메트롤로지 타겟들의 수를 감소시킴으로써 전체 시뮬레이션 공정에서 효율성을 증가시키는 방식을 예시하는 흐름도이다. 앞서 언급된 바와 같이, D4C는 설계자가 수천 또는 심지어 수백만 개의 디자인들을 디자인할 수 있게 한다. 이 디자인들이 모두 공정 단계들의 변동들에 대해 견고하지는 않을 수 있다. 공정 변동을 견딜 수 있는 타겟 디자인들의 서브세트를 선택하기 위해, 리소그래퍼가 블록(1152)에 나타낸 바와 같이 정의된 리소그래피 공정의 1 이상의 단계에 의도적으로 섭동을 일으킬 수 있다(perturb). 섭동(perturbation)의 도입은 그것이 원래 정의된 방식에 대하여 전체 공정 시퀀스를 변경한다. 그러므로, 섭동된 공정 시퀀스를 적용하는 것(블록 1154)이 디자인된 타겟의 3D 지오메트지도 변경한다. 리소그래퍼는 원래 디자인 타겟들에서 0이 아닌 변경을 나타내는 섭동들을 선택하고 선택된 공정 섭동들의 서브세트를 생성한다(블록 1156). 그 후, 리소그래피 공정은 공정 섭동들의 이 서브세트로 시뮬레이션된다(블록 1158). 아래에서 설명되는 실시예들은 메트롤로지 타겟 및 메트롤로지 장치를 사용하여 리소그래피 특성을 측정하는 방법에 관한 것이다.
광학 메트롤로지는 리소그래피 공정에 대한 정보를 제공하기 위해 타겟으로부터 산란되는 광을 사용한다. 측정들은 스케터로미터와 같은 광학 기기에서 수행된다. 스케터로미터들이 측정하기에 적절한 정보는, 예를 들어 2 개의 겹쳐진 격자들과 평행한 평면에서의 2 개의 겹쳐진 격자들 간의 상대 거리인 오버레이이다.
회절 기반 오버레이 측정에서, 오버레이는 +1차 회절 및 -1차 회절에 대한 광 세기의 차이로부터 추출된다. 회절된 광으로부터 오버레이를 측정하기에 적절한 알려진 스케터로미터들의 예시는 US2006033921A1, US2010201963A1, US2006066855A1, US2014192338, US2011069292A1, US20110027704A, US20110043791A, US2011102753A1, US20120044470A, US20120123581A, US20130258310A, US20130271740A, WO2016083076A1 및 62/320,780에서 설명된 스케터로미터들을 포함한다. 이 모든 출원들의 내용들은 본 명세서에서 명확하게 온전히 인용참조된다.
또한, 최적의 견고한 결과를 제공하고, 차례로 이것이 정확한 오버레이 측정을 초래하는 메트롤로지 방법을 사용할 수 있는 것이 바람직하다.
오버레이를 측정하는 메트롤로지 적용들에 의해 직면하는 문제들 중 하나는, 2 개의 겹치는 격자들로부터 회절된 세기들의 밸런스를 방해하는 세기 섭동들이다. 또한, 현재의 측정 방법들에서, 산란된 광의 파장 또는 두께의 변화들로부터 발생하는 세기 변동들과 오버레이로부터 발생하는 세기 변동들을 구별하는 옵션들은 적다. 섭동들의 또 다른 원인은 타겟의 유한함(finiteness)으로 인해 발생하며, 이는 에지 효과들과 같은 강한 신호에서 나타난다. 또한, 이미징 광학기의 수차들도 세기 섭동들의 원인이다. 스케터로메트리로 오버레이를 측정하는 현재 알려진 방법들에서, 신호의 오버레이 민감도는 층 두께 변동들에 민감하다. 또한, 이는 본 특허 출원에 개시된 실시예로 해결되는 과제이다.
본 명세서에 개시된 실시예들의 목적은 오버레이와 같은 리소그래피 특성의 정확하고 견고한 측정 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예들의 목적은 오버레이와 같은 리소그래피 특성의 정확하고 견고한 측정 방법으로, 측정된 오버레이는 스택의 두께, 2 개의 겹치는 격자들 사이의 거리와 같은 두께와 독립적인 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예들의 목적은 오버레이와 같은 리소그래피 특성의 정확하고 견고한 측정 방법으로, 측정된 오버레이는 메트롤로지 타겟을 조명하는 데 사용되는 광의 파장과 독립적인 방법을 제공하는 것이다.
앞서 언급된 단점들에 대처하기 위해, 도 9 내지 도 12의 타겟(60)과 같이 2 개의 겹치는 격자들을 포함한 타겟(60)이 제안된다. 이 예시에서의 타겟(60)은 피치(P2)를 갖는 라인들에 의해 형성된 상부 격자[아래에서 언급되는 바와 같은 제 2 타겟 구조체(92)의 일 예시], 및 상부 격자의 피치(P2)와 평행한 방향으로 피치(P1) 및 피치들(P2 및 P1)에 수직한 방향으로 피치(PH)를 갖는 체스판(바둑판이라고도 함) 격자[아래에서 언급되는 바와 같은 제 1 타겟 구조체(91)의 일 예시]를 포함한다. 가시광 또는 적외선 또는 근적외선 또는 자외선 또는 EUV 스펙트럼의 광으로 조명되는 경우, 광선들은 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같은 경로들을 따른다. (도 11 및 도 12에서와 같이 관찰될 때) 수직 입사광은 하부 격자[제 1 타겟 구조체(91)]에 의해 회절될 것이고, 결과적인 회절 차수들(+1 및 -1)은 상부 격자[제 2 타겟 구조체(92)]에 의해 회절되거나 산란될 것이다. 2*θ2의 각도를 갖는 상부 격자에 의해 회절된 2 개의 광선들(78A, 78B)은 간섭하고 프린지 패턴을 형성한다. 프린지 패턴은 카메라 또는 포토다이오드(또는 복수의 포토다이오드들)와 같은 광 세기 센서에 의해 검출될 것이며, 주기적인 진동 패턴을 갖는 이미지를 형성할 것이다. 프린지 주기(Pf)는 단지 피치들(P1 및 P2)의 함수이다. 각도들(θ1 및 θ2) 및 프린지들의 주기(Pf)는 아래의 수학식들에서 주어지며, 여기서 m은 정수이다.
바람직한 타겟의 일 예시가 도 13 및 도 14에 도시되어 있다. 도 13은 예시적인 상부 격자를 도시한다. 도 14는 예시적인 하부 격자를 도시한다. 도 13 및 14의 타겟으로부터의 프린지 패턴은 도 15에 도시되어 있다. 오버레이(상부 및 하부 격자 간의 상대 시프트)는 주기적인 프린지 패턴에서의 시프트로부터 추출된다. 알려진 신호 처리 기술들로, 주기적 신호의 위상(φ)이 추출되고, 주기적 신호는 수학식 3에 나타낸 바와 같이 P1 및 P2에 의해 결정되는 프린지 주파수와 동일한 주파수를 갖는다. 예시적인 신호 처리 절차의 단계들이 도 16 및 도 17에 도시되어 있다. 도 16은 2 개의 인접한 쌍들의 겹치는 격자들로부터 발생하는 관심 구역(80) 내의 프린지 패턴들의 위치(수평축)에 대한 신호 세기(수직축)의 플롯들을 나타낸다. 오버레이 오차로 인한 주기적인 프린지 패턴에서의 시프트가 대응하는 위상 시프트(φ)를 제공한다. 위상 시프트(φ)는 도 17에 나타낸 바와 같이 프린지 패턴들의 공간 푸리에 분석으로부터 결정될 수 있다. 도 17a는 프린지 패턴의 주파수 스펙트럼을 도시한다. 도 17b는 프린지 패턴의 위상 스펙트럼을 도시한다. 주파수 스펙트럼의 피크는 프린지 주기(Pf)에 의해 결정된다. (점선 화살표로 나타낸) 피크에 해당하는 위상은 프린지 패턴에서의 시프트 및 이에 따른 오버레이 오차에 대한 정보를 제공한다.
상부 격자로서 체스판 패턴을 갖고 하부 격자로서 라인/공간 패턴을 갖는 타겟(60)이 유사한 원리로 작용한다.
도 18 및 도 19는 타겟(60)을 조명하는 데 사용되는 파장의 함수(도 18)로서, 및 스택 두께의 함수(도 19)로서 프린지 패턴에 의해 주어진 주파수를 갖는 주기적 신호의 위상과 같은 파라미터의 의존성을 나타낸다. 수학식 4에 따른 위상에 직접 비례하는 오버레이는 파장 또는 스택 두께에 의존하지 않는다.
일 실시예에 따른 대안적인 디자인이 도 20에 도시되어 있으며, 도 20a는 상부 격자를 도시하고 도 20b는 하부 격자를 도시한다. 단일 타겟에 상부 및 하부 층들 모두에서 2-차원 격자들이 제공된다. 상부 타겟은 X 및 Y 방향들 모두에서 피치 P1(예를 들어, 500 nm)을 갖는 2D 격자로 이루어진다. 하부 타겟은 X 및 Y 모두에서 피치 P2(예를 들어, 450 nm)를 갖는 바둑판이다. 이 경우, PH = P2이다. 간섭 프린지들로 구성된 기점(fiducials)이 상부 및 하부에서 반전된 P1 및 P2를 사용하여 나타내거나, 인접하게 배치된 타겟을 둘러쌀 것이다. 고정된, 주기적으로 세분화된 회절 격자들도 위상 기점으로 사용될 수 있다.
조명 방향은 현재 어느 오버레이 민감도가 표시되는지를 결정할 것이다: X 오버레이 측정을 위해, 타겟은 주로 Y 방향으로부터 조명될 것이다; Y 오버레이 측정을 위해, 타겟은 주로 X 방향으로부터 조명될 것이다. 조명 방향 및 XY 오버레이 조건에 따라 상이한 세트의 간섭 프린지들이 생성될 것이다.
이 타겟 디자인의 이점은 중복된 X 및 Y 타겟들을 갖지 않음으로써 타겟 풋프린트 영역(target footprint area)을 감소시킨다는 것이다. 또 다른 이점은 전체 격자 영역이 특정 방향에서의 측정을 위해 사용될 수 있다는 것이며, 즉 전체 영역은 간섭 프린지들에 의해 커버되어, 디자인 유연성, 더 큰 프린지 변위 배율로 인한 오버레이 민감도, 및 더 큰 프린지 세트를 평균함에 의한 잡음 감소를 향상시킬 것이다.
본 발명의 이점은 파장 및 스택 층 두께와 독립적인 오버레이 신호의 측정이다. 이 이점은 +1차 및 -1차 회절의 동일한 경로 길이들에 기초한다. 본 발명의 또 다른 이점은 위상 시프트가 조명 소스를 향하는 타겟 에지에 직교이기 때문에 에지 효과들에 둔감하다는 것이다.
도 21 내지 도 27은 또 다른 실시예를 도시한다. 도 21은 광[측정 방사선(72)]으로 조명되는 동일한 피치들(P)을 갖는 격자들을 갖는 타겟(60)을 도시한다. 이러한 타겟(60)의 특정한 예시가 도 24 내지 도 26에 도시되고, 아래에서 더 상세히 설명된다. 회절 기반 스케터로미터에서 광으로 조명되는 경우, 이러한 타겟(60)의 이미지는 도 23에서 141 내지 144로 표시된 정사각형들과 유사할 수 있다(이는 세기 서브-구역들로 지칭될 수 있음). 정사각형들(141 내지 144)은 예를 들어 -P/8±d, P/8±d로 상부 및 하부 격자들 간의 상대 시프트(오버레이 편향)를 갖는 타겟들을 조명할 때 얻어지며, 여기서 P는 상부 및 하부 격자의 동일한 피치이고, d는 임의의 편향(사전설정된 상수)이다. 이러한 타겟들(60)은, 예를 들어 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)의 복수의 쌍들(61 내지 64)을 포함할 수 있다. 오버레이는 이미지들(141 내지 144) 각각의 세기 또는 그 관계에 비례하는 값으로부터 추출될 수 있다. 도 23의 복합 신호의 세기(78)는 (아래에서 더 상세히 설명되는) 수학식 5에서와 같은 표현들에 의해 주어진다.
성분 신호(78)의 세기는 도 27에 도시된 바와 같이 상부 및 하부 격자들 간의 오버레이 차이(Xs)의 함수로서 변동된다. 나타낸 4 개의 세기들(IA 내지 ID) 각각이 0 오버레이 오차로 앞서 언급된 4 개의 오버레이 편향들 중 상이한 하나(-P/8±d, P/8±d)에 대응한다. 오버레이 오차는 추가적으로 곡선을 오른쪽 또는 왼쪽으로 시프트시킬 것이다. 시프트는 세기들(IA 내지 ID)의 변화로부터 계산될 수 있다.
(아래에서 더 상세히 설명되는) 도 22에 주어진 예시에 대해서와 같은 회절된 광선들의 푸리에 분석에서, +1차 및 -1차 회절 사이의 간섭 광은 격자들 사이의 거리와 같은 사용된 파장 및 스택 두께와 독립적일 것이다. 상이한 조명 어퍼처들을 사용하는 것이 회절된 패턴의 다양한 푸리에 성분들의 위치를 제어하는 방법이며, 따라서 회절된 양 및 음의 차수만을 기초로 하여 신호의 검출가능성을 증가시키는데, 이는 이러한 차수들이 오버레이에 매우 민감하기 때문이다.
일 실시예에 따르면, 타겟(60)을 측정하는 방법이 제공된다. 타겟은 리소그래피 공정에 의해 형성된다. 이러한 방법의 특정한 예시들이 도 9 내지 도 27을 참조하여 앞서 설명되었다. 상기 방법 및 상기 방법의 변형예들은 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 타겟(60)은 층 구조체를 포함한다. 제 1 타겟 구조체(91)(주기적 구조체)가 제 1 층(81)에 제공된다. 제 2 타겟 구조체(92)(주기적 구조체)가 제 2 층(82)에 제공된다. 제 1 타겟 구조체(91)와 제 2 타겟 구조체(92) 사이에는 층 재료(85)가 있다. 층 재료(85)는 제 2 타겟 구조체(92)를 형성하는 구조체들이 에칭되는 재료를 포함할 수 있다(또는 포함하지 않을 수 있다). 층 구조체는 기판(87) 상에 형성된다.
타겟(60)은 측정 방사선(72)으로 조명된다. 상기 방법은 복수의 사전설정된 (상이한) 회절 차수들(74A, 74B) 간의 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선을 검출하는 단계를 포함한다. 오버레이 오차와 같은 타겟을 형성하는 데 사용된 리소그래피 공정의 특성은 검출된 산란 방사선을 이용하여 계산된다.
간섭하는 사전설정된 회절 차수들(74A, 74B)은 제 1 타겟 구조체(91)로부터의 측정 방사선(72)의 회절에 의해 생성된다. 일 실시예에서, 간섭하는 사전설정된 회절 차수들(74A, 74B)은 2 개의 동일하고 반대인 회절 차수들로 구성되거나 이를 포함한다. 도 12의 특정 예시에서, 간섭하는 사전설정된 회절 차수들은 -1차 회절(음의 1차) 및 +1차 회절(양의 1차)(즉, 동일하고 반대인 1차 회절들)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 다른 사전설정된 회절 차수들이 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선에 기여할 수 있다(예를 들어, 0차 또는 더 높은 차수들).
간섭하는 사전설정된 회절 차수들(74A, 74B)은 초기에 비교적 큰 각도(θ1)로 타겟 구조체(91)로부터 분기한다. 제 2 타겟 구조체(92)에 의한 후속한 회절이 간섭하는 사전설정된 회절 차수들(74A, 74B)을 [훨씬 더 작은 각도(θ2)에서 분기하는 광선들(78A 및 78B)로 도시된 바와 같이] 서로 더 가까워지게 한다. 광선(78A)은 광선(74A)으로부터 생성된 -1차 회절이고, 광선(78B)은 광선(74B)으로부터 생성된 +1차 회절이다. 상기 방법은 광선들(78A 및 78B)을 사용하여 간섭 패턴(또는 간섭에 의해 야기되는 균일한 세기의 구역)을 형성하고, 간섭 패턴(또는 간섭에 의해 야기되는 균일한 세기의 구역)을 사용하여 오버레이 오차를 측정한다. 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭의 검출은 제 2 타겟 구조체(92)로부터의 후속한 회절에 의해 가능해진다. 이 후속한 회절은 사전설정된 회절 차수들이 검출 시스템의 대물 렌즈(16)에 의해 효율적으로 그리고 동시에 수신되도록 함께 충분히 가깝게 하고, 간섭 패턴(또는 간섭에 의해 야기되는 균일한 세기의 구역)이 오버레이 오차에 민감하게 한다. 도 3a에 나타낸 타입의 메트롤로지 장치가 사용되는 경우, 예를 들어 간섭 패턴은 제 2 측정 브랜치에 의해 측정될 수 있다.
층 구조체를 통한 간섭하는 사전설정된 회절 차수들의 경로 길이들은 동일하다. 따라서, 경로 길이 효과들(예를 들어, 더 긴 경로 길이들에 대해 더 큰 감쇠)에 의해 야기되는 검출된 산란 방사선의 세기 변동들이 회피된다. 또한, 측정은 타겟(60)의 두께[예를 들어, 스택의 두께라고도 칭해질 수 있는 제 1 타겟 구조체(91)와 제 2 타겟 구조체(92) 간의 간격]에 독립적일 것이다. 측정은 얇은 타겟들(60) 및 두꺼운 타겟들(60)에 대해 효과적일 것이다. 또한, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 검출된 간섭 패턴(또는 간섭에 의해 야기되는 균일한 세기의 구역)은 방사선의 파장에 독립적이다. 이는 타겟(60)을 통해 전파될 때 측정 방사선의 스펙트럼에서의 변화들 또는 차이들에 의해 야기되는 오차들을 감소시키거나 회피한다.
사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선은 제 1 타겟 구조체(91)와 제 2 타겟 구조체(92) 간의 오버레이 오차의 함수로서 변동된다. 제 1 타겟 구조체(91) 및 제 2 타겟 구조체(92)가 오버레이 오차의 함수로서 검출된 산란 방사선의 변동을 제공하도록 구성될 수 있는 다수 방식들이 존재한다. 특정한 예시들이 앞서 설명되었다. 또 다른 특정한 예시들이 아래에서 설명될 것이다.
일 실시예에서, 간섭하는 사전설정된 회절 차수들(74A, 74B)은 제 1 타겟 구조체(91)로부터의 반사 시 회절에 의해 생성된다. 제 2 타겟 구조체(92)로부터의 생성된 회절 차수들(74A, 74B)의 후속한 회절은 제 2 타겟 구조체(92)를 통한 투과 시 회절을 포함한다. 도 12는 이 타입의 일 실시예를 나타낸다. 다른 실시예들에서, 대안적인 지오메트리들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 사전설정된 회절 차수들(74A, 74B)은 제 1 타겟 구조체(91)를 통한 투과 시 회절에 의해 생성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 후속한 회절은 제 2 타겟 구조체(92)로부터의 반사 시 회절을 포함한다.
일 실시예에서, 간섭하는 사전설정된 회절 차수들은 제 1 타겟 구조체를 통한 투과 시 회절에 의해 생성되고, 제 2 타겟 구조체로부터의 사전설정된 회절 차수들의 후속한 회절은 제 2 타겟 구조체로부터의 반사 시 회절을 포함한다. 이러한 실시예는 도 12에 도시된 것과 유사한 광선들(78A 및 78B)을 제공하는 데 사용될 수 있지만, 이 경우 제 1 타겟 구조체는 아래 대신에 제 2 타겟 구조체 위에 있어야 할 것이다. 따라서, 이러한 실시예에서, 도 12에서 91로 표시된 타겟 구조체는 제 2 타겟 구조체에 대응할 것이고, 92로 표시된 타겟 구조체는 제 1 타겟 구조체에 대응할 것이다. 측정 방사선(72)은 우선 (도 12와 같이 직선으로 통과하기보다는) 92로 표시된 타겟 구조체로부터 회절하고, 그 후 [광선들(78A 및 78B)로서 92로 표시된 타겟 구조체를 직선으로 통과하기 전에] 91로 표시된 타겟 구조체로부터 (반사 시) 두 번째로 회절할 것이다.
따라서, 측정 방사선(72)은 상부 타겟 구조체 및 하부 타겟 구조체로부터 어느 순서로 이중으로 회절한다. 이중 회절은 상이한 회절 차수들을 함께 모아서 파장 및 스택 두께에 둔감한 (특성 세기를 갖는, 및/또는 특성 주파수 및 위상의 프린지 패턴을 갖는) 특성 간섭을 생성한다. 실제로, 회절들의 두 시퀀스들은 동시에 발생하고 강화된다. 단일 회절 또는 3 개의 회절들로부터 비롯되는 회절 차수들은 매우 상이한 각도들에 있으며, 관찰된 간섭(예를 들어, 세기 및/또는 프린지 패턴)에 기여하지 않는다.
일 실시예에서, 타겟(60)은 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)의 3 이상의 쌍들(61 내지 64)을 포함한다. 이러한 타겟(60)의 일 예시가 도 21 내지 도 27을 참조하여 앞서 간략히 언급되었다. 예시적인 타겟(60)의 구조체는 도 24 내지 도 26에 도시된다. 이러한 실시예에서의 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)의 각각의 쌍(61 내지 64)은 제 1 타겟 서브-구조체(151 내지 154)를 포함한다. 제 1 타겟 서브-구조체(151 내지 154)는 제 1 타겟 구조체(91)[즉, 제 1 층(81)]에 제공된다. 이러한 실시예에서의 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)의 각각의 쌍(61 내지 64)은 제 2 타겟 서브-구조체(155 내지 158)를 더 포함한다. 제 2 타겟 서브-구조체(155 내지 158)는 제 2 타겟 구조체(92)[즉, 제 2 층(82)]에 제공된다. 도 24 내지 도 26의 예시에서, 4 개의 쌍들이 제공된다. 제 1 쌍(61)은 제 1 타겟 서브-구조체(151) 및 제 2 타겟 서브-구조체(155)를 포함한다. 제 2 쌍(62)은 제 1 타겟 서브-구조체(152) 및 제 2 타겟 서브-구조체(156)를 포함한다. 제 3 쌍(63)은 제 1 타겟 서브-구조체(153) 및 제 2 타겟 서브-구조체(157)를 포함한다. 제 4 쌍(64)은 제 1 타겟 서브-구조체(154) 및 제 2 타겟 서브-구조체(158)를 포함한다.
겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)의 각각의 쌍(61 내지 64)에서의 제 1 타겟 서브-구조체(151 내지 154) 및 제 2 타겟 서브-구조체(155 내지 158) 각각은 동일한 피치 및 방위를 갖는 제 1 주기적 성분(예를 들어, 바둑판 패턴의 주기적 성분 또는 라인 격자)을 포함한다. 도 21 내지 도 27의 실시예에서, 제 1 주기적 성분은 적어도 한 방향을 따라 피치(P)를 갖는 격자[예를 들어, 피치(P)를 갖는 라인 격자 또는 피치(P)를 갖는 바둑판 패턴]를 포함한다. 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)의 각각의 쌍(61 내지 64)에는 상이한 오버레이 편향이 제공된다. 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)의 쌍들(61 내지 64)에 상이한 오버레이 편향들을 제공하는 것은, 아래에서 설명되는 바와 같이 높은 신뢰성 및/또는 높은 정확성으로 오버레이 오차가 얻어지는 것을 가능하게 한다.
도 22는 도 21에 나타낸 겹치는 타겟 서브-구조체들(151, 155)의 쌍(61)으로부터의 회절의 푸리에 공간 표현이다. 당업자라면, 동일한 원리가 겹치는 타겟 서브-구조체들(152 내지 154, 156 내지 158)의 다른 쌍들(62 내지 64) 각각에 적용될 것임을 이해할 것이다.
그래프(101)는 타겟 서브-구조체(155)의 예상 회절 패턴(푸리에 변환)을 나타낸다. 그래프(102)는 타겟 서브-구조체(151)의 예상 회절 패턴(푸리에 변환)을 나타낸다. 그래프(103)는 타겟 서브-구조체(155)와 타겟 서브-구조체(151)의 조합으로부터 형성되는 조합된 구조체로부터의 회절로부터 발생하는 예상 회절 패턴(푸리에 변환)을 나타낸다. 조합된 구조체는 타겟 서브-구조체(155)를 타겟 서브-구조체(151)와 겹침(또는 곱함)으로써 형성된다. 그러므로, 그래프(103)의 회절 패턴은 도 22에 나타낸 바와 같이, 그래프(101)의 회절 패턴과 그래프(102)의 회절 패턴의 콘볼루션(convolution)에 의해 얻어질 수 있다.
그래프(101)의 회절 패턴은 연계된 푸리에 계수들을 갖는 국부화된 피크들(A-1, A0 및 A1)에 의해 각각 표현된 -1차, 0차 및 +1차 회절을 포함한다. 이 예시에서의 타겟 서브-구조체(155)는 단순한 라인 격자(제 1 주기적 성분)로 구성되기 때문에 모든 피크들이 수평축을 따라 정렬된다. 그러므로, 유일한 공간 주기성은 라인 격자의 피치에 의해 표현되지만, 이는 차례로 (k = 2π/P인 경우, 2*k와 같은) 피크들(A-1 및 A1)의 수평축을 따른 간격에 의해 표현될 수 있다.
그래프(102)의 회절 패턴은 타겟 서브-구조체(151)가 제 1 주기적 성분 및 제 2 주기적 성분을 둘 다 포함하기 때문에, 더 많은 피크들을 포함한다. 제 1 주기적 성분은 타겟 서브-구조체(155)의 라인 격자에 평행하고, 동일한 피치(P)를 갖는다. 제 2 주기적 성분은 제 1 주기적 성분에 수직이다(예를 들어, 바둑판 패턴). 제 1 주기적 성분 및 제 2 주기적 성분의 조합으로부터의 회절로부터 발생하는 피크들은 푸리에 계수을 갖는 0차 피크(B0,0) 및 푸리에 계수들을 갖는 1차 피크들(B-1,1, B1,1, B1,-1 및 B-1,-1)을 포함한다. 피크들(B-1,1 및 B1,1) 사이 및 피크들(B1,-1 및 B-1,-1) 사이의 간격은 제 1 주기적 성분의 피치(P)에 의해 결정된다. 피크들(B-1,1 및 B-1,-1) 사이 및 피크들(B1,1 및 B1,-1) 사이의 간격은 제 2 주기적 성분의 피치에 의해 결정되며, 이는 나타낸 특정 예시에서 P이지만 여하한의 다른 값일 수 있다.
그래프들(101 및 102)의 회절 패턴들의 콘볼루션은 그래프(102)의 피크들(B0,0, B-1,1, B1,1, B1,-1 및 B-1,-1)의 위치들 각각에 그래프(101)의 3 개의 피크들(A-1, A0 및 A1)을 효과적으로 중첩시킨다. 2 개의 타겟 서브-구조체들(151 및 155) 각각에서의 제 1 주기적 성분의 동일한 피치(P)로 인해, 그래프(103)의 회절 패턴의 1차 회절 피크들이 상이한 사전설정된 회절 차수들로부터 생성되는 겹치는 피크들로부터 형성된다. 푸리에 공간에서의 겹치는 피크들의 국부화된 성질은, 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선이 공칭적으로 동일한 각도에서(또는 작은 각도 범위 내에서) 타겟(60)으로부터 출력될 것을 나타낸다. 그래프(103)의 수직축을 따른 1차 피크들 각각은 타겟 서브-구조체(151)로부터의 +1 회절 후 타겟 서브-구조체(155)로부터의 -1 회절에 대응하는 피크(A1B-1,1 또는 A1B-1,-1)와, 타겟 서브-구조체(151)로부터의 -1 회절 후 타겟 서브-구조체(155)로부터의 +1 회절에 대응하는 피크(A-1B1,1 또는 A-1B1,-1)의 오버랩으로부터 형성된다. 따라서, 서로 간섭하는 사전설정된 회절 차수들은 쌍(61)의 제 1 주기적 성분으로부터의 회절에 대하여 정의된다[따라서, 이 경우에 사전설정된 회절 차수들은 2 개의 타겟 서브-구조체들(151 및 155) 각각에서 주기(P)를 갖는 제 1 주기적 성분에 대한 +1차 및 -1차 회절임]. 그래프(103)에서의 겹치는 피크들에 의해 생성된 산란 방사선의 세기들(I0,1 및 I0,-1)은 수학식 5에서 앞서 제공된 표현들에 의해 주어진다. 예를 들어, 도 3을 참조하여 앞서 설명된 바와 같은 어퍼처 플레이트(13)를 사용하여 적절한 조명 모드를 선택함으로써 푸리에 공간에서 선택된 구역들에 대응하는 산란 방사선을 선택적으로 측정하는 방식이 메크롤로지에서 잘 알려져 있다. 그러므로, 세기들(I0,1 및 I0,-1)이 측정될 수 있다.
세기들(I0,1 및 I0,-1) 각각은 각 쌍(61 내지 64)의 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)에서의 제 1 주기적 성분들 간의 오버레이 오프셋의 함수로서 변동할 것이다. 오버레이 오프셋을 갖는 세기의 예시적인 변동이 도 27에 도시되고 앞서 언급된다. 변동은 I0의 평균 세기로 적어도 대략 사인곡선(sinusoidal)일 것으로 예상된다. 일 실시예에서, 상이한 오버레이 편향들에서의 세기를 측정함으로써 우측 또는 좌측으로의 곡선 위치의 변화를 측정함으로써 오버레이 오차가 검출된다.
일 실시예에서, 상이한 오버레이 편향들은 동일하거나 반대인 오버레이 편향들의 1 이상의 쌍을 포함한다. 이러한 오버레이 편향들은 오버레이 오프셋의 함수로서 세기 변동의 대칭적 샘플링을 제공하며, 이는 신호 내의 고조파(higher harmonics)의 존재에 덜 민감할 것으로 예상된다. 일 실시예에서, 상이한 오버레이 편향들은 다음의 4 개의 편향들: -P/8-d, P/8+d, -P/8+d 및 P/8-d를 포함하며, 여기서 P는 제 1 주기적 성분의 피치이고, d는 사전설정된 상수이다. 이 타입의 일 예시가 도 21 내지 도 27을 참조하여 앞서 논의되었다. 도 27에서 알 수 있는 바와 같이, 이 4 개의 오버레이 편향들로부터 발생하는 세기들(IA 내지 ID)은 공칭적으로 원점에 대해 대칭으로 분포된다. 추가적으로, 공칭 곡선의 가장 가파른 부분의 어느 한 측의 제한된 범위 내에서(P/8에) 오버레이 편향들을 위치시킴으로써, 모든 세기들(IA 내지 ID)이 공칭적으로 비교적 높은 가파름을 갖는 구역들에 위치될 것이다. 그러므로, 오버레이 오차로 인한 곡선 위치의 여하한의 변화가 측정된 세기들(IA 내지 ID)의 비교적 빠른 변화를 유도하고, 이로 인해 높은 민감도에 조력한다.
4 개의 세기들(IA 내지 ID)은 오버레이 오차(OV)와 관련되며, 이 경우 편향들은 -P/8-d, P/8+d, -P/8+d 및 P/8-d로 주어지면, 다음 수학식들에 의해:
이 4 개의 수학식들은 단지 3 개의 미지수들만을 포함하므로, OV를 찾도록 풀어질 수 있다:
도 21 내지 도 27을 참조하여 앞서 설명된 타입의 실시예들에서, 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선은 (도 23에 도시된 바와 같이) 복수의 세기 서브-구역들(141 내지 144)을 포함한다. 각각의 세기 서브-구역(141 내지 144)은 타겟 서브-구조체들(151 내지 158)의 3 이상의 쌍들(61 내지 64)의 상이한 각 쌍으로부터 회절된 측정 방사선에 의해 형성된다. 도 23의 특정 예시에서, 4 개의 정사각형 세기 서브-구역들(141 내지 144)은 도 24 내지 도 26에 도시된 정사각형 어레이 타겟(60)에 의해 제공된다. 각각의 세기 서브-구역(141 내지 144)은 간섭에 의해 형성되지만, 여하한의 주어진 시간에 단일 세기 값만이 얻어진다. 세기 서브-구역들(141 내지 144)은 여하한의 간섭 생성 공간 구조를 갖는 간섭 패턴(예를 들어, 간섭 프린지 패턴)을 개별적으로 포함하지 않는다. 공간 구조의 이러한 결여는 검출된 세기를 생성하도록 간섭하고 있는 피크들의 푸리에 공간에서의 고도의 오버랩의 결과이다. 공간 구조를 갖는 패턴을 검출하기보다 공간적으로 균일한 세기의 단일 절대값을 검출하는 것이 바람직한데, 이는 (도 3 내지 도 6을 참조하여 앞서 설명된 바와 같은) 오버레이를 측정하는 기존 방법들도 세기의 단일 절대값의 측정들에 의존하고, 따라서 본 방법을 수행하는 데 특히 효율적으로 순응될 수 있기 때문이다.
대안적인 실시예에서, 공간 구조를 갖는 간섭 패턴이 형성되고, 공간 구조는 오버레이를 추출하는 데 사용된다. 이러한 방법의 일 예시가 도 28 내지 도 31을 참조하여 아래에서 설명된다.
이러한 방법에서, 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 154)의 적어도 하나의 쌍(61, 62)을 포함하는 타겟(60)이 제공된다. 이러한 타겟(60)의 일 예시가 도 30 및 도 31에 도시되어 있다. 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 154)의 각각의 쌍(61, 62)은 제 1 타겟 구조체(91)[즉, 제 1 층(81)]의 제 1 타겟 서브-구조체(151, 152) 및 제 2 타겟 구조체(92)[즉, 제 2 층(82)]의 제 2 타겟 서브-구조체(153, 154)를 포함한다. 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 내지 154)의 각각의 쌍(61, 62)에서의 제 1 타겟 서브-구조체(151, 152) 및 제 2 타겟 서브-구조체(153, 154)는 동일한 방위 및 상이한 피치(P1, P2)를 갖는 제 1 주기적 성분을 포함한다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 상이한 피치들(P1, P2)은 공간 구조를 갖는 상이한 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭 패턴을 제공한다. 일 실시예에서, 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선은 타겟 서브-구조체들(151 내지 154)의 각 쌍(61, 62)에 의해 형성된 프린지 패턴을 포함한다. 일 실시예에서, 프린지 패턴은 제 1 타겟 구조체(91)와 제 2 타겟 구조체(92) 간의 오버레이 오차의 변동이 각각의 프린지 패턴에서의 위치 시프트(즉, 위상의 변화)를 야기하도록 이루어진다. 따라서, 프린지 패턴의 위상을 추출함으로써 오버레이 오차가 얻어질 수 있다.
도 29는 도 28에 나타낸 겹치는 타겟 서브-구조체들(151, 153)의 쌍(61)으로부터의 회절의 푸리에 공간 표현이다. 당업자라면, 동일한 원리가 겹치는 타겟 서브-구조체들(152, 154)의 다른 쌍(62)에 적용될 것임을 이해할 것이다.
도 28에 나타낸 겹치는 타겟 서브-구조체들(151, 153)의 쌍(61)은, 하부 타겟 서브-구조체(151)의 피치(P1)가 상부 타겟 서브-구조체(153)의 피치(P2)와 상이한 것을 제외하고는 도 21에 나타낸 겹치는 타겟 서브-구조체들(151, 155)의 쌍(61)과 동일하다. 추가적으로, 타겟 서브-구조체(151)는 피치(P3)(이는 P1 또는 P2와 같거나 여하한의 다른 값일 수 있음)를 갖는 제 2 주기적 성분을 포함한다.
그래프(201)는 타겟 서브-구조체(153)의 예상 회절 패턴(푸리에 변환)을 나타낸다. 그래프(202)는 타겟 서브-구조체(151)의 예상 회절 패턴(푸리에 변환)을 나타낸다. 그래프(203)는 타겟 서브-구조체(153)와 타겟 서브-구조체(151)의 조합으로부터 형성되는 조합된 구조체로부터의 회절로부터 발생하는 예상 회절 패턴(푸리에 변환)을 나타낸다. 조합된 구조체는 타겟 서브-구조체(153)를 타겟 서브-구조체(151)와 겹침(또는 곱함)으로써 형성된다. 그러므로, 그래프(203)의 회절 패턴은 도 29에 나타낸 바와 같이, 그래프(201)의 회절 패턴과 그래프(202)의 회절 패턴의 콘볼루션에 의해 얻어질 수 있다.
그래프(201)의 회절 패턴은, -1 및 +1 피크들 사이의 간격이 2*k2로 주어지고, 여기서 k2 = 2π/P2라는 것을 제외하고는 도 22에서의 그래프(101)의 회절 패턴과 동일하다.
그래프(202)의 회절 패턴은, 수평 방향을 따르는 -1 및 +1 피크들 사이의 간격이 2*k1(여기서, k1 = 2π/P1)로 주어지고, 수직 방향을 따르는 -1 및 +1 피크들 사이의 간격이 2*k3(여기서, k3 = 2π/P3)로 주어진다는 것을 제외하고는 도 22에서의 그래프(102)의 회절 패턴과 동일하다.
그래프들(201 및 202)의 회절 패턴들의 콘볼루션은 그래프(202)의 피크들(B0,0, B-1,1, B1,1, B1,-1 및 B-1,- 1)의 위치들 각각에 그래프(201)의 3 개의 피크들(A-1, A0 및 A1)을 효과적으로 중첩시킨다. 2 개의 타겟 서브-구조체들(151 및 153) 각각에서의 제 1 주기적 성분의 상이한 피치들(P1 및 P2)로 인해, 도 22의 그래프(103)에서의 겹치는 1차 피크들(사전설정된 회절 차수들에 대응함)의 구역에 2 개의 별개의 피크들을 포함하는 회절 패턴이 형성된다. 별개의 피크들은 나타낸 바와 같이 2π/P2 - 2π/P1만큼 서로 분리되어 있다. 이 사전설정된 회절 차수들로부터의 피크들은 푸리에 공간에서 서로 가깝게 위치되며, 그러므로 효율적으로 추출되고 사전설정된 회절 차수들이 서로 간섭하는 세기 패턴을 형성하는 데 사용될 수 있다. 그래프(203)의 사전설정된 회절 차수들로부터의 피크들의 쌍들 각각은 타겟 서브-구조체(151)로부터의 +1 회절 후 타겟 서브-구조체(153)로부터의 -1 회절에 대응하는 피크(A1B-1,1 또는 A1B-1,-1), 및 타겟 서브-구조체(151)로부터의 -1 회절 후 타겟 서브-구조체(153)로부터의 +1 회절에 대응하는 피크(A-1B1,1 또는 A-1B1,-1)를 포함한다. 따라서, 서로 간섭하는 사전설정된 회절 차수들은 쌍(61)의 제 1 주기적 성분으로부터의 회절[이 경우에는, 쌍(61)의 제 1 주기적 성분으로부터의 회절에 대한 +1차 및 -1차 회절]에 대하여 정의된다. 그래프(203)에서의 이 피크들의 쌍들 각각의 세기들(I0,1 및 I0,-1)은 수학식 6으로 표시되는 수학식 5의 일반화된 형태로 주어지며, 다음과 같다:
수학식 6은 세기들(I0,1 및 I0,-1)이 오버레이 오프셋(Xs)에 비례하는 위상, 및 
에 비례하는 피치(이는 무아레 주기라고도 할 수 있음)를 갖는 공간적으로 주기적인 항을 더 포함한다는 점에서 수학식 5와 상이하다. 공간적으로 주기적인 항은 세기들(I0,1 및 I0,-1)에 의해 형성된 프린지 패턴의 피치 및 위상을 정의한다. 오버레이 오차는 프린지 패턴의 위상 시프트를 야기할 것이다. 그러므로, 위상의 측정이 오버레이 오차를 측정하는 데 사용될 수 있다. 오버레이 오차에 대한 위상의 민감도는 P1 및 P2의 적절한 선택에 의해 필요에 따라 변동될 수 있다.
공간 구조를 갖는 간섭 패턴(예를 들어, 프린지 패턴)을 생성하는 것은 (도 17에 도시된 바와 같이) 공간 주파수 도메인에서의 필터링을 가능하게 한다. 오버레이와 관련이 없는 검출된 방사선 세기에 대한 기여들이 제거될 수 있다. 배제될 수 있는 세기 기여자의 예시들은 타겟 에지 피크들, 비대칭 조명 및 인접한 디바이스들 또는 다른 구조체들로부터의 산란 광을 포함한다. 그러므로, 간섭 패턴의 위상은 높은 정확성 및 신뢰성으로 추출될 수 있다.
프린지 패턴의 위상은 유리하게는 +π 내지 -π 위상 범위 전체에 걸쳐 오버레이 오차에 따라 선형으로 변동된다. 이 선형 변동은 캘리브레이션을 용이하게 하고 균일한 민감도를 제공한다.
일 예시가 도 32에 도시되어 있는 일 실시예에서, 타겟(60)은 위상 기준으로서 작용하는 기준 구조체(R1)를 더 포함한다. 기준 구조체(R1)는 프린지 패턴과 동일한 주기성을 갖는 방사 패턴을 제공한다. 기준 구조체(R1)는 제 1 타겟 구조체(91)와 제 2 타겟 구조체(92) 간의 오버레이 오차의 함수로서 기준 구조체(R1)로부터의 방사 패턴에서 프린지들의 위치 시프트가 실질적으로 존재하지 않는 방식으로 제공된다. 예를 들어, 기준 구조체(R1)는 전체적으로 타겟의 단일 층 내에 형성될 수 있다. 따라서, 기준 구조체(R1)로부터의 방사 패턴과 프린지 패턴 간의 상대 시프트가 오버레이 오차를 얻는 데 사용될 수 있다. 도 32의 특정 예시에서, 타겟(60)은 4 개의 타겟 구조체들(91 내지 94)을 포함하지만, 이 원리는 (예를 들어, 도 30 및 도 31에서와 같이) 단지 2 개의 타겟 구조체들 또는 여하한의 다른 수의 타겟 구조체들을 포함하는 타겟(60)에 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
위상 기준을 제공하는 대안적인 또는 추가적인 접근법은 오버레이 오차의 함수로서 서로에 대해 반대 방향으로 이동하는 프린지들을 생성하는 타겟(60)을 제공하는 것이다. 이 타입의 예시적인 타겟(60)이 도 30 및 도 31에 도시되어 있다. 타겟(60)은 적어도 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 및 153)의 제 1 쌍(61), 및 겹치는 타겟 서브-구조체들(152 및 154)의 제 2 쌍(62)을 포함한다. 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 및 153)의 제 1 쌍(61)에서, 제 1 타겟 서브-구조체(151)의 제 1 주기적 성분은 제 1 피치(P1)를 갖고, 제 2 타겟 서브-구조체(153)의 제 1 주기적 성분은 제 2 피치(P2)를 갖는다. 겹치는 타겟 서브-구조체들(152 및 154)의 제 2 쌍(62)에서, 제 1 타겟 서브-구조체(152)의 제 1 주기적 성분은 제 2 피치(P2)를 갖고, 제 2 타겟 서브-구조체(154)의 제 1 주기적 성분은 제 1 피치(P1)를 갖는다. 수학식 6의 검사로부터, 이 방식으로 P1 및 P2를 교환하는 것이 오버레이 오차의 함수로서 겹치는 타겟 서브-구조체들(152 및 154)의 제 2 쌍(62)으로부터의 프린지 패턴과 반대 방향으로 이동하는 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 및 153)의 제 1 쌍(61)으로부터의 프린지 패턴을 생성하는 타겟(60)을 유도한다는 것을 알 수 있다. 도 13 및 도 14는 이 타입의 타겟(60)에 대한 예시적인 패턴들을 도시한다. 도 13은 타겟 서브-구조체들[153(우측) 및 154(좌측)]에 적절한 패턴들을 도시한다. 도 14는 타겟 서브-구조체들[151(우측) 및 152(좌측)]에 적절한 패턴들을 도시한다. 도 15는 예시적인 프린지 패턴들을 도시한다. 우측 프린지 패턴은 겹치는 타겟 서브-구조체들(151 및 153)의 제 1 쌍(61)에 대응한다. 좌측 프린지 패턴은 겹치는 타겟 서브-구조체들(152 및 154)의 제 2 쌍(62)에 대응한다.
도 33은 (예를 들어, 도 21 내지 도 27을 참조하여 앞서 설명된 바와 같이) 공통 피치 및 상이한 오버레이 편향을 갖는 타겟 서브-구조체들의 쌍들을 사용하여 오버레이 오차를 측정하는 방법과, (예를 들어, 도 28 내지 도 32를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이) 상이한 피치를 갖는 타겟 서브-구조체들의 쌍을 사용하여 오버레이 오차를 측정하는 방법 간의 관련성을 예시한다. 도 33a는 피치(P1)를 갖는 예시적인 제 1 타겟 구조체(91) 및 피치(P2)를 갖는 예시적인 제 2 타겟 구조체(92)의 일부분을 나타낸다. 피치의 차이는 앞서 설명된 바와 같이 프린지 패턴을 생성하도록 이용될 수 있다. 프린지 패턴의 공간 위상의 변화로부터 오버레이 오차가 추출될 수 있다. 동일한 피치(P)이지만 상이한 오버레이 편향들을 갖는 타겟 서브-구조체들의 다수 쌍들을 사용하는 대안적인 접근법은 상이한 피치를 갖는 타겟 구조체들을 사용하여 생성될 프린지 패턴을 효과적으로 샘플링하는 것으로 볼 수 있다. 도 33b는 도 33a의 구성으로부터 추출되는 예시적인 세그먼트들(401 내지 405)을 나타낸다. 각각의 세그먼트(401 내지 405)는 세그먼트 내의 제 1 타겟 구조체(91)와 제 2 타겟 구조체(92)의 부분 사이에 상이한 평균 시프트를 가질 것이다. 각각의 세그먼트(401 내지 405)는 도 33c에 나타낸 바와 같이 세그먼트(401 내지 405)의 평균 시프트와 동일한 오버레이 편향 및 동일한 피치를 갖는 타겟 서브-구조체들의 각 쌍(411 내지 415)에 의해 근사될 수 있다. 따라서, 예를 들어 쌍(411)은 세그먼트(401)의 평균 시프트와 동일한 오버레이 편향을 갖고, 쌍(412)은 세그먼트(402)의 평균 시프트와 동일한 오버레이 편향을 가지며, 나머지도 마찬가지이다. 따라서, 도 33c의 서브-구조체들의 결과적인 다수 쌍들(411 내지 415)은 도 33a의 전체 구성의 근사를 제공한다. 도 33c의 타겟 서브-구조체들의 다수 쌍들(411 내지 415)에 대응하는 세기 값들의 측정은 도 33a의 구성에 의해 직접 형성되는 프린지 패턴의 세기 변동을 효과적으로 샘플링한다. 따라서, 프린지 패턴의 위상의 시프트가 검출될 수 있다. 또한, 위상의 시프트에 비례하는 오버레이 오차가 이에 따라 검출될 수 있다.
예를 들어, 도 32에 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 타겟(60)은 층 구조체의 1 이상의 추가 층들(83, 84)에 각각 1 이상의 추가 타겟 구조체들(93, 94)을 포함한다. 따라서, 추가 타겟 구조체들(93, 94)은 앞서 설명된 실시예의 [층들(81 및 82) 각각의] 제 1 타겟 구조체(91) 및 제 2 타겟 구조체(92)에 추가하여 제공된다. 이러한 일 실시예에서, 타겟(60)은 층 구조체의 층들의 복수의 상이한 각 쌍들 각각에서 겹치는 타겟 서브-구조체들의 적어도 한 쌍을 포함한다. 층 구조체의 층들의 상이한 각 쌍에 있는 겹치는 서브-구조체들의 쌍들 각각은 피치의 차이가 상이한 제 1 주기적 성분들을 포함하고, 이로 인해 층 구조체의 층들의 상이한 쌍들 각각에 대해 상이한 공간 주파수를 갖는 프린지 패턴이 제공된다. 도 32의 예시에서, 타겟 구조체들(91 내지 94)은 각각 피치들(P1 내지 P4)을 갖는 제 1 주기적 성분들을 포함한다. 타겟 구조체들의 상이한 쌍들은 피치에서 상이한 차이들을 갖는다: 예를 들어, P1-P2 ≠ P1-P3 ≠ P1-P4 등. 따라서, 상이한 쌍들로부터 발생하는 프린지 패턴들은 상이한 공간 주파수들을 가지므로 분해될 수 있다. 상이한 주파수들은 상이한 프린지 주파수들로 하여금 상이한 정보, 예를 들어 각각의 상이한 프린지 주파수에 대한 별도의 오버레이 값을 인코딩하게 한다. 그러므로, 타겟 내의 층들의 상이한 쌍들에 대한 오버레이 오차들이 타겟 상의 하나의 동일한 구역의 단일 조명을 통해 동시에 얻어질 수 있다. 그러므로, 다수의 상이한 타겟들 및/또는 다수의 상이한 측정 단계들 없이 상세한 오버레이 측정들이 가능하다.
나타낸 실시예에서, 복수의 기준 구조체들(R1 내지 R3)이 고려되고 있는 타겟 구조체들의 쌍들 각각에 대한 위상 기준들을 제공한다. 기준 구조체(R1)는 [예를 들어, 타겟 구조체들(91 및 92)에 의해 형성되는 프린지들과 동일한 피치를 갖는 프린지들을 형성함으로써] 타겟 구조체들(91 및 92)에 의해 형성되는 프린지들에 대한 위상 기준으로서 작용한다. 기준 구조체(R2)는 [예를 들어, 타겟 구조체들(91 및 93)에 의해 형성되는 프린지들과 동일한 피치를 갖는 프린지들을 형성함으로써] 타겟 구조체들(91 및 93)에 의해 형성되는 프린지들에 대한 위상 기준으로서 작용한다. 기준 구조체(R3)는 [예를 들어, 타겟 구조체들(91 및 93)에 의해 형성되는 프린지들과 동일한 피치를 갖는 프린지들을 형성함으로써] 타겟 구조체들(91 및 93)에 의해 형성되는 프린지들에 대한 위상 기준으로서 작용한다. 필요에 따라 더 적거나 추가적인 기준 구조체들이 제공될 수 있다.
앞서 설명된 실시예들 중 어느 하나에서, 타겟 서브-구조체들의 각 쌍은 제 1 주기적 성분과 상이한 방향으로 방위지정된 제 2 주기적 성분을 갖는 적어도 하나의 타겟 서브-구조체를 포함할 수 있다(즉, 각각의 쌍에서의 타겟 서브-구조체들 중 어느 하나 또는 둘 모두는 각각 이러한 제 2 주기적 성분을 포함함). 예를 들어, 제 2 주기적 성분은 제 2 주기적 성분에 수직으로 방위지정될 수 있다. 제 2 주기적 성분은 간섭 프린지 위상 및 주파수를 제어하는 푸리에 성분들과 독립적으로, 퓨필 평면(푸리에 공간)에서 0차 산란 방사선으로부터 간섭하는 사전설정된 회절 차수들을 분리하도록 작용하여, 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선이 검출될 수 있는 정확성을 개선한다. 0차 방사선으로부터의 오염이 감소된다. 추가적으로, 제 2 주기적 성분은 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선이 타겟(60)을 떠나는 각도를 변화시킨다(예를 들어, 도 9 내지 도 11 참조). 따라서, 제 2 주기적 성분은 각도가 메트롤로지 시스템의 검출 시스템에 대해 적절할 것을 보장하도록[예를 들어, 산란 방사선이 검출 시스템의 대물 렌즈(16)의 퓨필에 들어가고, 및/또는 방사선이 검출 시스템의 검출기 어레이 상의 특정 위치로 지향되게 하도록] 구성될 수 있다. 그러므로, 제 2 주기적 성분은 (a) 한 평면 내에서의 대칭적인 이중-회절 차수(doubly-diffracted order)들, 및 (b) 또 다른, 전형적으로 직교인 평면에서의 0차로부터의 선택된 정보-전달 차수들의 분리를 동시에 가질 수 있게 한다.
제 1 주기적 성분과 상이한 방향으로 방위지정된 제 2 주기적 성분을 갖는 타겟 서브-구조체는 다음: 정사각형 요소들 또는 직사각형 요소들로부터 형성된 바둑판 패턴, 바둑판 패턴의 평면에 수직인 축선을 중심으로 사전설정된 각도만큼 회전된 정사각형 요소들 또는 직사각형 요소들로부터 형성된 기울어진 바둑판 패턴, 및 2-차원 격자 중 1 이상을 포함하는 다양한 형태들을 취할 수 있다.
정사각형 요소들로부터 형성된 예시적인 바둑판 패턴들은, 예를 들어 도 14 및 도 20b에 도시되어 있다. (정사각형이 아닌) 직사각형 요소들로부터 형성된 예시적인 바둑판 패턴은 도 34에 도시되어 있다. 예시적인 기울어진 바둑판 패턴은 도 35에 도시되어 있다. 바둑판 패턴들은 회절 패턴에서 비교적 낮은 레벨의 원치 않는 고조파로 인해 특히 효과적으로 작동하는 것으로 밝혀졌다. 기울어진 바둑판 패턴은 바둑판의 요소들 간의 코너-대-코너 접촉들을 회피하는 것이 바람직한 경우에 규칙적인 바둑판 패턴보다 선호될 수 있다. 하지만, 다른 패턴들이 사용될 수 있다. 모든 정사각형 요소들이 X 및 Y를 따라 정렬되는 바둑판 패턴의 변형예가, 예를 들어 도 20a에 나타낸 바와 같이 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 상부 격자가 피치(P1)를 갖고 하부 격자가 피치(P2)를 갖는 한 쌍의 타겟 서브-구조체들이 제공된다. 하부 격자의 격자 라인들은 상부 격자에 대해 경사각(θ)으로 제공된다. 하부 격자는 다수의 격자 세그먼트들을 포함한다. 격자 세그먼트들의 제 1 세트는 +θ로 회전된 격자 라인들을 포함한다. 격자 세그먼트들의 제 2 세트는 -θ로 회전된 격자 라인들을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상이한 세트들로부터의 세그먼트들은 동일하고 반대로 회전된 격자 세그먼트들의 주기적인 패턴을 형성하기 위해 서로에 대해 사이사이에 배치(intersperse)될 수 있다. 회전된 세그먼트들은 바둑판과 동일한 각도로, 하지만 개별적인 구조 요소들의 코너-대-코너 접촉 없이 회절을 생성한다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 바둑판 패턴은 둥근 에지들 또는 동일하지 않은 직사가형-공간 비로 형성된다.
전형적인 2-차원 격자의 일 예시가, 예를 들어 도 20a에 도시되어 있다.
특정 타겟 구조체들의 또 다른 예시들이 도 36 내지 도 39에 도시되어 있다. 이 도면들 각각에서, (a)에 나타낸 패턴은 제 2 타겟 구조체(92)(상부 타겟)에 대응하고, (b)에 나타낸 패턴은 제 1 타겟 구조체(91)(하부 타겟)에 대응한다. 하지만, 패턴들은 반전될 수 있다.
도 36a는 Y(도면에서 수직)를 따라 16 ㎛ 및 X(도면에서 수평)를 따라 32 ㎛ 내의 풋프린트를 갖는 제 2 타겟 구조체(92)를 도시한다. 이들은 순전히 예시적인 치수들이다. 타겟 서브-구조체들(301 및 303)은 피치(P1) = 450 nm를 갖는 라인 격자들이다. 타겟 서브-구조체들(302 및 304)은 피치(P2) = 500 nm를 갖는 라인 격자들이다.
도 36b는 도 36a의 제 2 타겟 구조체(92)와 타겟 서브-구조체들의 쌍들을 형성하도록 구성된 제 1 타겟 구조체(91)를 도시한다. [타겟 서브-구조체들(301 및 303)과 각각 쌍을 이루는] 타겟 서브-구조체들(311 및 313)은 타겟 서브-구조체들(301 및 303)의 피치들(P1)에 평행한 피치(P2) = 500 ㎚, 및 수직 방향으로의 피치(PH) = 500 ㎚를 갖는 바둑판 패턴들을 포함한다. [타겟 서브-구조체들(302 및 304)과 각각 쌍을 이루는] 타겟 서브-구조체들(312 및 314)은 타겟 서브-구조체들(302 및 304)의 피치들에 평행한 피치(P1) = 450 ㎚, 및 수직 방향으로의 피치(PH) = 500 ㎚를 갖는 바둑판 패턴들을 포함한다. 따라서, 이 예시에서 P1 = 450 nm 및 P2 = 500 nm이다. 타겟 서브-구조체들(301, 302, 311 및 312)은 도면에서 수직 방향으로의 오버레이 오차들에 대한 민감도를 제공한다. 타겟 서브-구조체들(303, 304, 313 및 314)은 도면에서 수평 방향으로의 오버레이 오차들에 대한 민감도를 제공한다.
도 37은 P1 = 600 nm, P2 = 700 nm 및 PH = 700 nm인 것을 제외하고는 도 36에서와 동일한 제 2 타겟 구조체(92) 및 제 1 타겟 구조체(91)를 도시한다. 도 36 및 도 37에서의 P1, P2 및 PH의 값들은 순전히 예시적이다.
도 38a는 Y(도면에서 수직)를 따라 16 미크론 및 X(도면에서 수평)를 따라 32 미크론 내의 (순전히 예시적인) 풋프린트를 갖는 제 2 타겟 구조체(92)를 도시한다. 타겟 서브-구조체들(301A 및 301B)은 피치(P1) = 450 ㎚를 갖는 평행한 주기적 성분을 갖는 격자들을 포함한다. 또한, 타겟 서브-구조체들(303A 및 303B)은 (301A 및 301B에 수직인) 피치(P1) = 450 ㎚를 갖는 평행한 주기적 성분을 갖는 격자들을 포함한다. 추가적으로, 외측 격자들(301A, 303A)은 수직 방향으로 피치(PH) = 500 nm의 주기성을 포함한다.
타겟 서브-구조체들(302A 및 302B)은 피치(P2) = 500 ㎚를 갖는 평행한 주기적 성분을 갖는 격자들을 포함한다. 또한, 타겟 서브-구조체들(304A 및 304B)은 (302A 및 302B에 수직인) 피치(P2) = 500 ㎚를 갖는 평행한 주기적 성분을 갖는 격자들을 포함한다. 추가적으로, 외측 격자들(302A, 304A)은 수직 방향으로 피치(PH) = 500 nm의 주기성을 포함한다.
외측 격자들(301A, 302A, 303A 및 304A)의 2-차원 구조체는 내측 격자들(301B, 302B, 303B 및 304B)의 프린지 주기의 2 배를 생성한다. 프린지 주기를 2 배로 하는 것이 위상 모호성(phase ambiguity)을 감소시키기 위해 바람직할 수 있으며, 예를 들어 오버레이가 (내측 격자들에 의해 생성된) 프린지들의 내측 세트가 π 위상 시프트를 갖도록 하는 경우, (외측 격자들에 의해 생성된) 프린지들의 외측 세트는 π/2 위상 시프트를 가질 것이다. 이로 인해, 모호하지 않은 측정 범위가 증가한다.
도 38b는 도 38a의 제 2 타겟 구조체(92)와 타겟 서브-구조체들의 쌍들을 형성하도록 구성된 제 1 타겟 구조체(91)를 도시한다. 타겟 서브-구조체들(311 및 313)은 타겟 서브-구조체들(301A, 301B, 303A 및 303B)의 피치들(P1)에 평행한 피치(P2) = 500 ㎚, 및 수직 방향으로의 피치(PH) = 500 ㎚를 갖는 바둑판 패턴들을 포함한다. 타겟 서브-구조체들(312 및 314)은 타겟 서브-구조체들(302A, 302B, 304A 및 304B)의 피치들(P2)에 평행한 피치(P1) = 450 ㎚, 및 수직 방향으로의 피치(PH) = 500 ㎚를 갖는 바둑판 패턴들을 포함한다.
도 39a는 Y(도면에서 수직)를 따라 16 미크론 및 X(도면에서 수평)를 따라 32 미크론 내의 (순전히 예시적인) 풋프린트를 갖는 제 2 타겟 구조체(92)를 도시한다. 타겟 서브-구조체들(321 내지 324)은 동일한 피치(P) = 500 ㎚이지만 상이한 오버레이 편향들을 갖는 라인 격자들을 포함한다. 오버레이 편향들은 -P/8-d, P/8+d, -P/8+d 및 P/8-d로 주어지며, 여기서 d = 20 nm이고, -82.5 nm, -42.5 nm, 42.5 nm 및 82.5 nm의 오버레이 편향들을 산출한다. 타겟 서브-구조체들(321 내지 324)은 [제 1 타겟 구조체(91)와 조합하여] Y 방향으로의 오버레이 오차에 대한 민감도를 제공한다. 타겟 서브-구조체들(325 내지 328)은 타겟 서브-구조체들(321 내지 324)에 수직으로 방위지정되지만, 그 외에는 타겟 서브-구조체들(321 내지 324)과 동일하다. 따라서, 타겟 서브-구조체들(325 내지 328)은 [제 1 타겟 구조체(91)와 조합하여] X 방향으로의 오버레이 오차에 대한 민감도를 제공한다.
도 39b는 도 39a의 제 2 타겟 구조체(92)와 타겟 서브-구조체들의 쌍들을 형성하도록 구성된 제 1 타겟 구조체(91)를 도시한다. 타겟 서브-구조체(330)는 타겟 서브-구조체들(321, 322, 323 및 324)의 피치들(P)에 평행한 피치(P) = 500 ㎚, 및 수직 방향으로의 피치(PH) = 500 ㎚를 갖는 바둑판 패턴(즉, 정사각형 요소들을 포함한 바둑판 패턴)을 포함한다. 또한, 바둑판 패턴은 타겟 서브-구조체들(325, 326, 327 및 328)의 피치들(P)에 평행한 피치(P) = 500 ㎚, 및 수직 방향으로의 피치(PH) = 500 ㎚를 제공한다.
일 실시예에서, 앞서 설명된 타겟을 측정하는 방법들 중 어느 하나를 수행하도록 작동가능한 메트롤로지 장치가 제공된다. 메트롤로지 장치는, 예를 들어 도 3a에서 상술된 바와 같이 구성될 수 있다. 조명 시스템은 기판 상에 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 타겟(60)을 측정 방사선으로 조명한다. 검출 시스템은 타겟(60)의 조명으로부터 발생하는 산란 방사선을 검출한다. 검출 시스템은 적어도 도 3a에 도시된 제 2 측정 브랜치를 포함할 수 있다. 검출 시스템은 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선을 검출하는 센서(23)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 항목들에서 제공된다.
Ｉ. 리소그래피 공정의 특성을 측정하는 방법에 있어서,
타겟이 조명 소스로부터의 광으로 조명되는 경우에 적어도 2 개의 겹치는 격자들을 포함한 타겟으로부터 산란된 간섭 광을 검출하는 단계, 및
타겟의 속성들에 독립적인 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
Ⅱ. Ｉ 항에 있어서, 계산은 간섭 광으로부터 유래되는 주기적 신호의 위상에 비례하는 신호를 이용하는 방법.
ⅡA. Ｉ 항 또는 Ⅱ 항에 있어서, 타겟의 속성은 스택 두께인 방법.
Ⅲ. 리소그래피 공정의 특성을 측정하는 방법에 있어서,
타겟이 조명 소스로부터의 광으로 조명되는 경우에 적어도 2 개의 겹치는 격자들을 포함한 타겟으로부터 산란된 간섭 광을 검출하는 단계, 및
조명 소스로부터의 광의 파장에 독립적인 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
Ⅳ. Ⅲ 항에 있어서, 계산은 간섭 광으로부터 유래되는 주기적 신호의 위상에 비례하는 신호를 이용하는 방법.
Ⅴ. 리소그래피 공정의 특성을 측정하는 방법에 있어서,
타겟이 조명 소스로부터의 광으로 조명되는 경우에 적어도 2 개의 겹치는 격자들을 포함한 타겟으로부터 산란된 간섭 광을 검출하는 단계, 및
간섭 광으로부터 유래되는 주기적 신호의 위상을 결정하는 것을 포함한 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
Ⅵ. Ⅴ 항에 있어서, 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계는 스택 두께에 독립적인 방법.
Ⅶ. Ｉ 항 내지 Ⅵ 항 중 어느 하나에 있어서, 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계는 타겟을 조명하는 데 사용되는 광의 파장에 독립적인 방법.
Ⅷ. Ｉ 항 내지 Ⅶ 항 중 어느 하나에 있어서, 리소그래피 공정의 특성은 오버레이인 방법.
본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 항목들에서 설명된다:
1. 리소그래피 공정에 의해 형성된 타겟을 측정하는 방법에 있어서,
타겟은 제 1 층의 제 1 타겟 구조체 및 제 2 층의 제 2 타겟 구조체를 갖는 층 구조체를 포함하고, 상기 방법은:
측정 방사선으로 타겟을 조명하는 단계;
복수의 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선을 검출하는 단계 -사전설정된 회절 차수들은 제 1 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절에 의해 생성되고 후속하여 제 2 타겟 구조체로부터 회절됨- ; 및
사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선을 이용하여 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계를 포함한다.
2. 1 항에 있어서, 상기 리소그래피 공정의 특성은 제 1 타겟 구조체와 제 2 타겟 구조체 간의 오버레이 오차를 포함하는 방법.
3. 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 사전설정된 회절 차수들은 2 개의 동일하고 반대인 회절 차수들을 포함하는 방법.
4. 1 항 내지 3 항 중 어느 하나에 있어서,
사전설정된 회절 차수들은 제 1 타겟 구조체로부터 반사 시 회절에 의해 생성되고, 제 2 타겟 구조체로부터의 사전설정된 회절 차수들의 후속한 회절은 제 2 타겟 구조체를 통한 투과 시 회절을 포함하며; 또는
사전설정된 회절 차수들은 제 1 타겟 구조체를 통한 투과 시 회절에 의해 생성되고, 제 2 타겟 구조체로부터의 사전설정된 회절 차수들의 후속한 회절은 제 2 타겟 구조체로부터의 반사 시 회절을 포함하는 방법.
5. 1 항 내지 4 항 중 어느 하나에 있어서,
타겟은 겹치는 타겟 서브-구조체들의 3 이상의 쌍들을 포함하고, 겹치는 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍은 제 1 타겟 구조체 내의 제 1 타겟 서브-구조체 및 제 2 타겟 구조체 내의 제 2 타겟 서브-구조체를 포함하며;
겹치는 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍에서의 제 1 타겟 서브-구조체 및 제 2 타겟 서브-구조체 각각은 동일한 피치 및 방위를 갖는 제 1 주기적 성분을 포함하고; 및
겹치는 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍에는 상이한 오버레이 편향이 제공되는 방법.
6. 5 항에 있어서, 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선은 복수의 세기 서브-구역들을 포함하며, 각각의 세기 서브-구역은 공간적으로 균일한 세기를 갖고 타겟 서브-구조체들의 3 이상의 쌍들의 상이한 각 쌍으로부터 회절되는 측정 방사선에 의해 형성되며, 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계는 각각의 세기 서브-구역에서의 세기의 레벨을 사용하여 리소그래피 공정의 특성을 결정하는 방법.
7. 5 항 또는 6 항에 있어서, 사전설정된 회절 차수들은 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍에서의 제 1 주기적 성분으로부터의 회절에 대해 정의되는 방법.
8. 5 항 내지 7 항 중 어느 하나에 있어서, 오버레이 편향들은 동일하고 반대인 오버레이 편향들의 1 이상의 쌍을 포함하는 방법.
9. 5 항 내지 8 항 중 어느 하나에 있어서, 타겟 서브-구조체들의 3 이상의 쌍들은 4 쌍의 타겟 서브-구조체들을 포함하는 방법.
10. 9 항에 있어서, 오버레이 편향들은 다음: -P/8-d, P/8+d, -P/8+d 및 P/8-d를 포함하며, 여기서 P는 제 1 주기적 성분의 피치이고, d는 사전설정된 상수인 방법.
11. 1 내지 4 항 중 어느 하나에 있어서, 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선은 프린지 패턴을 포함하는 방법.
12. 11 항에 있어서, 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계는 프린지 패턴의 위상을 추출함으로써 제 1 타겟 구조체와 제 2 타겟 구조체 간의 오버레이 오차를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
13. 11 항 또는 12 항에 있어서,
타겟은 적어도 한 쌍의 겹치는 타겟 서브-구조체들을 포함하고, 겹치는 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍은 제 1 타겟 구조체 내의 제 1 타겟 서브-구조체 및 제 2 타겟 구조체 내의 제 2 타겟 서브-구조체를 포함하며; 및
겹치는 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍에서의 제 1 타겟 서브-구조체 및 제 2 타겟 서브-구조체 각각은 동일한 방위 및 상이한 피치를 갖는 제 1 주기적 성분을 포함하는 방법.
14. 13 항에 있어서, 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선은 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍에 의해 형성되는 프린지 패턴을 포함하는 방법.
15. 14 항에 있어서, 타겟은 프린지 패턴과 동일한 주기성을 갖는 방사 패턴을 제공하도록 구성된 기준 구조체를 더 포함하고, 기준 구조체는 제 1 타겟 구조체와 제 2 타겟 구조체 간의 오버레이 오차의 함수로서 방사 패턴에서 프린지들의 위치 시프트가 실질적으로 존재하지 않는 방식으로 제공되는 방법.
16. 13 항 내지 15 항 중 어느 하나에 있어서,
타겟은 적어도 겹치는 타겟 서브-구조체들의 제 1 쌍 및 겹치는 타겟 서브-구조체들의 제 2 쌍을 포함하며;
겹치는 타겟 서브-구조체들의 제 1 쌍에서, 제 1 타겟 서브-구조체의 제 1 주기적 성분은 제 1 피치를 갖고, 제 2 타겟 서브-구조체의 제 1 주기적 성분은 제 2 피치를 가지며; 및
겹치는 타겟 서브-구조체들의 제 2 쌍에서, 제 1 타겟 서브-구조체의 제 1 주기적 성분은 제 2 피치를 갖고, 제 2 타겟 서브-구조체의 제 1 주기적 성분은 제 1 피치를 갖는 방법.
17. 11 항 내지 16 항 중 어느 하나에 있어서,
타겟은 층 구조체의 1 이상의 추가 층들에 각각 1 이상의 추가 타겟 구조체들을 포함하며;
타겟은 층 구조체의 층들의 복수의 상이한 각 쌍들 각각에서 적어도 한 쌍의 겹치는 타겟 서브-구조체들을 포함하고, 층 구조체의 층들의 상이한 각 쌍에 있는 겹치는 서브-구조체들의 쌍들 각각은 피치의 차이가 상이한 제 1 주기적 성분들을 포함하여, 층 구조체의 층들의 상이한 쌍들 각각에 대해 상이한 공간 주파수를 갖는 프린지 패턴을 제공하는 방법.
18. 5 항 내지 17 항 중 어느 하나에 있어서, 타겟 서브-구조체들의 쌍들 각각에서의 타겟 서브-구조체들 중 어느 하나 또는 둘 모두는 각각 제 1 주기적 성분과 상이한 방향으로 방위지정되는 제 2 주기적 성분을 포함하는 방법.
19. 18 항에 있어서, 제 1 주기적 성분은 제 2 주기적 성분에 수직으로 방위지정되는 방법.
20. 18 항 또는 19 항에 있어서, 제 1 주기적 성분과 상이한 방향으로 방위지정되는 제 2 주기적 성분을 갖는 타겟 서브-구조체는 다음: 정사각형 요소들 또는 직사각형 요소들로부터 형성된 바둑판 패턴, 바둑판 패턴의 평면에 수직인 축선을 중심으로 사전설정된 각도만큼 회전된 정사각형 요소들 또는 직사각형 요소들로부터 형성된 기울어진 바둑판 패턴, 및 2-차원 격자 중 1 이상을 포함하는 방법.
21. 리소그래피 공정에 의해 형성된 타겟을 포함하는 기판에 있어서, 타겟은 제 1 층의 제 1 타겟 구조체 및 제 2 층의 제 2 타겟 구조체를 갖는 층 구조체를 포함하며, 제 1 타겟 구조체 및 제 2 타겟 구조체는 측정 방사선으로 타겟이 조명되는 경우에 타겟으로부터 산란되는 방사선의 검출을 허용하도록 구성되고, 검출된 산란 방사선은 복수의 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되며, 사전설정된 회절 차수들은 제 1 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절에 의해 생성되고 후속하여 제 2 타겟 구조체로부터 회절되는 기판.
22. 21 항에 있어서, 타겟은 오버레이 오차의 측정을 위한 오버레이 타겟이고, 오버레이 타겟은 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선이 제 1 타겟 구조체와 제 2 타겟 구조체 간의 오버레이 오차의 함수로서 변동하도록 구성되는 기판.
23. 메트롤로지 장치에 있어서:
기판 상에 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 타겟을 측정 방사선으로 조명하도록 구성되는 조명 시스템; 및
타겟의 조명으로부터 발생하는 산란 방사선을 검출하도록 구성되는 검출 시스템을 포함하고,
메트롤로지 장치는 1 항 내지 20 항 중 어느 하나의 방법을 수행하도록 작동가능한 메트롤로지 장치.
24. 기판 상에 타겟을 형성함으로써 21 항 또는 22 항의 기판을 생성하도록 구성되는 리소그래피 장치.
앞서 설명된 타겟들은 구체적으로 측정을 위해 디자인되고 형성되는 메트롤로지 타겟들이지만, 다른 실시예들에서 기판 상에 형성되는 디바이스들의 기능부들인 타겟들에 대해 속성들이 측정될 수 있다. 많은 디바이스들이 규칙적인 격자-형 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '타겟 격자' 및 '타겟'이라는 용어들은, 구조체가 구체적으로 수행되는 측정을 위해 제공되었음을 요구하지 않는다. 또한, 메트롤로지 타겟들의 피치(P)가 스케터로미터의 광학 시스템의 분해능 한계에 가깝지만, 타겟부(C)들에서 리소그래피 공정에 의해 만들어지는 통상적인 제품 피처들의 치수보다 훨씬 더 클 수 있다. 실제로, 타겟들 내의 오버레이 격자들의 라인들 및/또는 공간들은 제품 피처들과 치수가 유사한 더 작은 구조체들을 포함하도록 이루어질 수 있다.
기판들 및 패터닝 디바이스들 상에 실현되는 바와 같은 타겟들의 물리적 격자 구조체들과 관련하여, 일 실시예는 기판 상의 타겟들을 측정하고, 및/또는 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻도록 측정들을 분석하는 방법들을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어 도 2의 제어 유닛(LACU) 및/또는 도 3의 장치의 유닛(PU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 타입의 기존 메트롤로지 장치가 이미 생산 중 및/또는 사용 중인 경우, 본 발명은 프로세서가 수정된 단계(S6)를 수행하게 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품들의 제공에 의해 구현될 수 있고, 이에 따라 구조적 비대칭에 대한 감소된 민감도로 오버레이 오차 또는 다른 파라미터들을 계산할 수 있다.
프로그램은 선택적으로 광학 시스템, 기판 지지체 등을 제어하도록 배치되어, 적절한 복수의 타겟들에 대한 비대칭의 측정을 위해 단계들(S2 내지 S5)을 수행할 수 있다.
앞서 개시된 실시예들은 회절 기반 오버레이 측정들(예를 들어, 도 3a에 나타낸 장치의 제 2 측정 브랜치를 이용하여 수행되는 측정들)에 관하여 설명되지만, 원칙적으로는 동일한 모델들이 퓨필 기반 오버레이 측정들(예를 들어, 도 3a에 나타낸 장치의 제 1 측정 브랜치를 이용하여 수행되는 측정들)에 대해 사용될 수 있다. 결과적으로, 본 명세서에서 설명된 개념들은 회절 기반 오버레이 측정들 및 퓨필 기반 오버레이 측정들에 균등하게 적용가능하다는 것을 이해하여야 한다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 교시 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 예시에 의한 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 교시 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.
Claims (15)
- 리소그래피 공정에 의해 형성된 타겟을 측정하는 방법에 있어서,
상기 타겟은 제 1 층의 제 1 타겟 구조체 및 제 2 층의 제 2 타겟 구조체를 갖는 층 구조체(layered structure)를 포함하고, 상기 방법은:
측정 방사선으로 상기 타겟을 조명하는 단계;
복수의 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 산란 방사선을 검출하는 단계 -상기 사전설정된 회절 차수들은 상기 제 1 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절에 의해 생성되고, 후속하여 상기 제 2 타겟 구조체로부터 회절됨- ; 및
상기 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선을 이용하여 상기 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계
를 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 리소그래피 공정의 특성은 상기 제 1 타겟 구조체와 상기 제 2 타겟 구조체 간의 오버레이 오차를 포함하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 사전설정된 회절 차수들은 2 개의 동일하고 반대인 회절 차수들을 포함하는 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사전설정된 회절 차수들은 상기 제 1 타겟 구조체로부터 반사 시 회절에 의해 생성되고, 상기 제 2 타겟 구조체로부터의 상기 사전설정된 회절 차수들의 후속한 회절은 상기 제 2 타겟 구조체를 통한 투과 시 회절을 포함하며; 또는
상기 사전설정된 회절 차수들은 상기 제 1 타겟 구조체를 통한 투과 시 회절에 의해 생성되고, 상기 제 2 타겟 구조체로부터의 상기 사전설정된 회절 차수들의 후속한 회절은 상기 제 2 타겟 구조체로부터의 반사 시 회절을 포함하는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟은 겹치는 타겟 서브-구조체(overlapping target sub-structure)들의 3 이상의 쌍들을 포함하고, 겹치는 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍은 상기 제 1 타겟 구조체 내의 제 1 타겟 서브-구조체 및 상기 제 2 타겟 구조체 내의 제 2 타겟 서브-구조체를 포함하며;
겹치는 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍에서의 상기 제 1 타겟 서브-구조체 및 상기 제 2 타겟 서브-구조체 각각은 동일한 피치(pitch) 및 방위(orientation)를 갖는 제 1 주기적 성분(periodic component)을 포함하고; 및
겹치는 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍에는 상이한 오버레이 편향(overlay bias)이 제공되는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선은 복수의 세기 서브-구역들을 포함하며, 각각의 세기 서브-구역은 공간적으로 균일한 세기를 갖고 상기 타겟 서브-구조체들의 3 이상의 쌍들의 상이한 각 쌍으로부터 회절되는 측정 방사선에 의해 형성되며, 상기 리소그래피 공정의 특성을 계산하는 단계는 각각의 세기 서브-구역에서의 세기의 레벨을 사용하여 상기 리소그래피 공정의 특성을 결정하는 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 사전설정된 회절 차수들은 타겟 서브-구조체들의 각각의 쌍에서의 상기 제 1 주기적 성분으로부터의 회절에 대해 정의되는 방법. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오버레이 편향들은 동일하고 반대인 오버레이 편향들의 1 이상의 쌍을 포함하는 방법. - 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟 서브-구조체들의 3 이상의 쌍들은 타겟 서브-구조체들의 4 개의 쌍들을 포함하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 오버레이 편향들은: -P/8-d, P/8+d, -P/8+d 및 P/8-d를 포함하며, P는 상기 제 1 주기적 성분의 피치이고, d는 사전설정된 상수인 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선은 프린지 패턴(fringe pattern)을 포함하는 방법. - 리소그래피 공정에 의해 형성된 타겟을 포함하는 기판에 있어서,
상기 타겟은 제 1 층의 제 1 타겟 구조체 및 제 2 층의 제 2 타겟 구조체를 갖는 층 구조체를 포함하며, 상기 제 1 타겟 구조체 및 상기 제 2 타겟 구조체는 측정 방사선으로 상기 타겟이 조명되는 경우에 상기 타겟으로부터 산란되는 방사선의 검출을 허용하도록 구성되고, 검출된 산란 방사선은 복수의 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되며, 상기 사전설정된 회절 차수들은 상기 제 1 타겟 구조체로부터의 측정 방사선의 회절에 의해 생성되고 후속하여 상기 제 2 타겟 구조체로부터 회절되는 기판. - 제 12 항에 있어서,
상기 타겟은 오버레이 오차의 측정을 위한 오버레이 타겟이고, 상기 오버레이 타겟은 상기 사전설정된 회절 차수들 간의 간섭에 의해 형성되는 검출된 산란 방사선이 상기 제 1 타겟 구조체와 상기 제 2 타겟 구조체 간의 오버레이 오차의 함수로서 변동하도록 구성되는 기판. - 메트롤로지 장치에 있어서:
기판 상에 리소그래피 공정을 이용하여 생성된 타겟을 측정 방사선으로 조명하도록 구성되는 조명 시스템; 및
상기 타겟의 조명으로부터 발생하는 산란 방사선을 검출하도록 구성되는 검출 시스템
을 포함하고,
상기 메트롤로지 장치는 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 작동가능한 메트롤로지 장치. - 기판 상에 타겟을 형성함으로써 제 12 항 또는 제 13 항의 기판을 생성하도록 구성되는 리소그래피 장치.
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