KR101983615B1

KR101983615B1 - 포커스를 결정하는 방법, 검사 장치, 패터닝 장치, 기판, 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR101983615B1
Application number: KR1020157001832A
Authority: KR
Inventors: 폴 힌넨; 수-진 왕; 크리스티안 리비스; 쿠오-펭 포
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2033-06-03
Also published as: TWI631416B; WO2013189724A3; IL236134B; US20170153554A1; KR20170010110A; CN104395830B; US9594299B2; KR102057879B1; CN104395830A; TW201403253A; TWI599853B; KR20150032876A; US9939735B2; NL2010905A; US20150338749A1; IL236134A0; WO2013189724A2; TW201732413A

Abstract

리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법은, 기판 상에 제1 구조체 및 제2 구조체를 형성하기 위해 리소그래피 공정을 사용하는 단계들을 포함하며, 제1 구조체는 포커스와 예컨대 선량 또는 수차와 같은 노광 변동에 좌우되는 비대칭성(asymmetry)을 갖는 프로필을 갖는 특징부를 갖는다. 제2 구조체는, 포커스에 대해 제1 구조체와는 상이하게 감응하고, 노광 변동에 대해 제1 구조체와는 상이하게 감응하는 프로필을 갖는 특징부를 갖는다. 산란계 신호는 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 사용된다. 이것은 제1 산란계 신호를 사용하여 포커스 값을 결정하는데 사용하기 위한 교정 곡선을 선택하기 위해 제2 산란계 신호 및/또는 리소그래피 공정에서 사용되는 기록된 노광 변동 설정을 사용하거나, 또는 제1 및 제2 산란계 신호에 관련된 파라미터를 갖는 모델을 사용함으로써 행해질 수 있다.

Description

포커스를 결정하는 방법, 검사 장치, 패터닝 장치, 기판, 및 디바이스 제조 방법{METHOD OF DETERMINING FOCUS, INSPECTION APPARATUS, PATTERNING DEVICE, SUBSTRATE AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2012년 6월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/663,115 및 2012년 12월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/740,406의 이점을 청구하며, 이들 출원은 원용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 통합된다.

발명의 분야

본 발명은 예컨대 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조에서 퓨필 평면 검출(pupil-plane detection) 또는 다크 필드 산란 측정(dark-field scatterometry)과 함께 사용할 수 있는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 방법 및 장치와, 리소그래피 기술을 이용한 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)로도 지칭되는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟 영역(예컨대, 하나의 다이(die)의 일부분, 하나의 다이, 또는 여러 개의 다이를 포함) 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 위에의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지의 리소그래피 장치는, 타겟 영역 상에 패턴 전체를 한번에 노광함으로써 각각의 타겟 영역을 조사(照射)하는 소위 스테퍼(stepper), 및 소정의 방향("스캐닝"-방향)의 방사선 빔을 통해 패턴을 스캐닝하는 동시에 이 방향과 평행한 방향(동일 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 스캐닝함으로써 각각의 타겟 영역을 조사하는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 장치로부터 기판으로 패턴을 전사할 수 있다.

리소그래피 공정에서는, 예컨대 공정 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체의 측정을 자주 행하는 것이 바람직하다. 크리티컬 디멘전(CD)을 측정하기 위해 종종 이용되는 스캐닝 전자 현미경과, 리소그래피 장치의 오버레이(디바이스에서의 2개의 층의 정렬의 정확도) 및 디포커스를 측정하기 위한 특수 장치를 포함한, 이러한 측정을 행하기 위한 다양한 장치가 공지되어 있다. 최근에, 리소그래피 분야에서 사용하기 위한 다양한 형태의 산란계(scatterometer)가 개발되었다. 이들 디바이스는 방사선의 빔을 타겟 구조체, 예컨대 격자 상으로 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성, 예컨대 파장을 함수로 하는 단일 반사각에서의 세기, 반사된 각도를 함수로 하는 하나 이상의 파장에서의 세기, 또는 반사된 각도를 함수로 하는 편광을 측정하여, 타겟의 대상 특성이 결정될 수 있는 "스펙트럼"을 획득한다. 대상 특성의 결정은 예컨대 RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소법(finite element methods)과 같은 반복적 접근에 의한 타겟 구조체의 재구성, 라이브러리 검색, 및 주성분 분석(principal component analysis)과 같은 다양한 기술에 의해 수행될 수 있다.

종래의 산란계에 의해 이용되는 타겟은 예컨대 40㎛×40㎛과 같이 비교적 큰 격자이며, 측정 빔은 격자보다 작은(즉, 격자가 언더필됨(underfilled)) 스팟을 발생한다. 이간은 무한적인 것으로서 간주될 수 있는 타겟의 수학적 재구성을 간략화한다. 그러나, 타겟의 크기를 예컨대 10㎛×10㎛ 또는 그 미만으로 감소시켜서, 타겟이 스크라이브 레인이 아닌 제품 특징부 중에 위치될 수 있도록 하기 위해, 격자를 측정 스팟보다 작게(즉, 격자가 오버필됨(overfilled)) 구성하는 계측법이 제안되었다. 통상적으로 이러한 타겟은 0차 회절(the zeroth order of diffraction)(경면 반사에 대응하는)이 차단되고, 더 높은 차수만이 처리되는 다크-필드 산란 측정을 이용하여 측정된다.

회절 차수의 다크 필드 검출을 이용하는 회절 기반 오버레이는 더 작은 타겟 구조체 상의 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이들 타겟은 조명 스팟보다 작게 될 수 있으며, 웨이퍼 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수도 있다. 복수의 타겟이 하나의 이미지에서 측정될 수 있다.

공지의 계측 기술에서, 오버레이 측정 결과는 이 예에서는 회절 차수 세기인 -1차 및 +1차 산란계 신호를 별도로 획득하기 위해 격자와 같은 타겟 구조체를 회전시키거나 조명 모드 또는 이미징 모드를 변경하면서 특정한 조건 하에서 타겟 구조체를 2회 측정함으로써 획득된다. 주어진 격자에 대한 이들 세기를 비교함으로써 격자에서의 비대칭성(asymmetry)의 측정이 제공된다.

적층된 격자 구조체의 쌍에서의 비대칭성은 오버레이 오차의 지표(indicator)로서 이용될 수 있다. 유사하게, 포커스 감응 격자(focus-sensitive grating)에서의 비대칭성(asymmetry)은 디포커스의 지표로서 이용될 수 있다. 리소그래피 장치에 의해 형성된 포커스 감응 격자 구조체는 기판 상의 리소그래피 장치의 포커스에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 갖는 하나 이상의 특징부를 가질 수 있다. 포커스 측정 결과는 오버레이 측정 결과를 획득하기 위해 사용된 것과 동일한 타겟에서의 비대칭성의 동일한 측정을 이용하여 획득될 수 있다. 이와 같이 획득된 비대칭성은 디포커스에 관련된다. 측정된 비대칭성과 디포커스 간의 관계는 실험에 의해 결정될 수 있다.

그러나, 산란계 퓨필에서의 비대칭성 변경을 야기하는 산란계 퓨필에서의 어떠한 작용도 스캐너 디포커스에 영향을 미치게 될 것이다.

포커스 측정의 정확도를 향상시키는 것이 요망된다. 더욱이, 본 발명이 이러한 것으로 한정되지는 않지만, 포커스 측정의 정확도의 향상이 다크 필드 이미지 기반 기술로 읽혀질 수 있는 소형 타겟 구조체에 적용될 수 있다면 커다란 장점이 될 것이다.

제1 특징에 따라, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 리소그래피 공정을 사용하여 형성되는 제1 구조체를 포함하는 기판을 수용하는 단계와; 제1 산란계 신호(first scatterometer signal)를 획득하기 위해 상기 제1 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계와, 상기 기판에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동(exposure perturbation)에 좌우되는 비대칭성(asymmetry)을 갖는 프로필을 갖는 하나 이상의 특징부를 갖는 상기 제1 구조체에 기초하여, 또한 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동의 정보에 기초하여, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호를 사용하는 단계를 포함한다.

제2 특징에 따라, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치가 제공되며, 상기 검사 장치는, 기판 상의 리소그래피 공정을 사용하여 형성된 제1 구조체를 방사선으로 조명하도록 구성된 조명 시스템과, 제1 산란계 신호를 획득하기 위해 상기 제1 구조체에 대한 조명으로 발생하는 산란된 방사선을 검출하도록 구성된 검출 시스템과, 상기 기판에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 갖는 하나 이상의 특징부를 갖는 상기 제1 구조체에 기초하여, 또한 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동의 정보에 기초하여, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호를 사용하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

제3 특징에 따라, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 패터닝 장치가 제공되며, 상기 패터닝 장치는 타겟 패턴을 포함하고, 상기 타겟 패턴이, 상기 기판에서의 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 갖는 하나 이상의 특징부를 갖는 제1 구조체를, 리소그래피 공정을 사용하여 형성하도록 구성된 제1 서브-패턴과; 상기 기판에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 형태를 갖는 프로필을 갖지만, 상기 기판에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하고, 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하는 하나 이상의 특징부를 갖는 제2 구조체를, 리소그래피 공정을 사용하여 형성하도록 구성된 제2 서브-패턴을 포함한다.

제4 특징에 따라, 기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 기판이 제공되며, 상기 기판은 타겟을 포함하고, 상기 타겟이, 상기 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 갖는 하나 이상의 특징부를 갖는 제1 구조체를, 리소그래피 공정을 사용하여 형성하도록 구성된 제1 서브-패턴과; 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 형태를 갖는 프로필을 갖지만, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하고, 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하는 하나 이상의 특징부를 갖는 제2 구조체를, 리소그래피 공정을 사용하여 형성하도록 구성된 제2 서브-패턴을 포함한다.

제5 특징에 따라, 디바이스 패턴이 리소그래피 공정을 사용하여 일련의 기판에 적용되는 디바이스 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은, 상기한 제1 특징에 따른 방법을 사용하여 상기 기판 중의 하나 이상의 기판을 사용하여 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 단계와, 상기 포커스를 결정하는 방법의 결과에 따라 그 이후의 기판을 위한 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점과 본 발명의 각종 실시예의 구조 및 동작이 첨부 도면을 참조하여 아래에 상세하게 설명되어 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시되는 구체적인 실시예로 한정되지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 이러한 실시예는 단지 예시를 위해 제공된 것이며, 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 당업자에 의해 추가의 실시예가 이루어질 수 있음은 자명할 것이다.

본 명세서에 통합되어 있고 본 명세서의 일부를 이루고 있는 첨부 도면은 본 발명을 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 당업자로 하여금 본 발명을 구현하고 사용할 수 있도록 하기 위해 제공된 것이다.
도 1은 본 발명의 예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시하는 도면이다.
도 3의 (a)는 제1 쌍의 조명 애퍼처를 이용하는 본 발명의 예에 따른 측정 타겟에 사용하기 위한 타크 필드 산란계의 개략도, (b)는 소정 방향의 조명에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세도, (c)는 회절 기반 오버레이 측정을 위한 산란계를 이용함에 있어서 추가의 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 애퍼처, (d)는 제1 및 제2 쌍의 애퍼처를 조합하는 제3 쌍의 조명 애퍼처를 도시하는 도면이다.
도 4는 공지의 형태의 복수의 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스팟의 윤곽선을 도시하는 도면이다.
도 5는 도 3의 산란계에서 획득된 도 4의 타겟의 이미지를 도시하는 도면이다.
도 6은 도 3의 산란계를 이용하고 본 발명의 예를 형성하도록 적합화될 수 있는 디포커스 측정 방법의 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 7은 포커스 감응 비대칭 격자 패턴을 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7의 격자 패턴의 노광을 위한 포커스 설정에 대한 측벽각 차이(side wall angle difference)의 의존성을 예시하는 그래프이다.
도 9는 도 7의 격자 패턴과 유사한 격자 패턴의 노광을 위한 리소그래피 장치의 디포커스에 대한 산란계로 측정된 비대칭성의 그래프이다.
도 10은 선량 감응 대칭 격자 패턴(dose-sensitive symmetric grating pattern)을 도시하는 도면이다.
도 11은 도 10의 격자 패턴의 노광을 위한 리소그래피 장치의 포커스 설정에 대한 크리티컬 디멘전의 의존성을 예시하는 그래프이다.
도 12는 선량 감응 비대칭 격자 패턴을 도시하는 도면이다.
도 13은 도 12의 격자 패턴의 노광을 위한 리소그래피 장치의 포커스 설정에 대한 측벽각 차이의 의존성을 예시하는 그래프이다.
도 14 및 도 15는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응 및 선량 감응 타겟을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 16은 다크 필드 산란 측정을 이용하고 노광 변동 감응 타겟의 측정을 이용하는 방법의 흐름도이다.
도 17은 다크 필드 산란 측정을 이용하고 노광 변동 감응 타겟의 측정을 이용하는 또 다른 방법의 흐름도이다.
도 18은 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하고 노광 변동 감응 타겟의 측정을 이용하는 방법의 흐름도이다.
도 19는 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하고 노광 변동 감응 타겟의 측정을 이용하는 또 다른 방법의 흐름도이다.
도 20은 다크 필드 산란 측정을 이용하고 기록된 노광 변동 설정을 이용하는 방법의 흐름도이다.
도 21은 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하고 기록된 노광 변동 설정을 이용하는 방법의 흐름도이다.
도 22는 제르니케 항의 선택을 위한 전형적인 포커스 감응 타겟의 계산된 수차 감응도의 그래프이다.
도 23은 제르니케 항의 선택을 위한, 도 22의 포커스 감응 타겟에 대해 미러링되는 포커스 감응 타겟의 계산된 수차 감응도의 그래프이다.
도 24는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응 및 수차 감응 타겟을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 25는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응, 수차 감응, 및 선량 감응 타겟을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 26은 포커스를 함수로 하여 미러링된 비대칭 타겟의 레지스트 프로필 동작을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 27은 인트라-필드 수차 변화(intra-field aberration variation)로 발생하는 홀수 제르니케항(odd Zernike terms)으로부터 비롯된 미러링된 비대칭 타겟의 레지스트 패턴에 미치는 영향을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 28은 인터-필드 프로세스 유도 변화(inter-field process-induced variation)로부터 비롯된 미러링된 비대칭 타겟의 레지스트 패턴에 대한 영향을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 29는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응, 수차 감응 및 오버레이 감응 타겟을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 30은 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 또 다른 조합된 포커스 감응, 수차 감응 및 선량 감응 타겟을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 31 및 도 32는 2개의 상이한 타겟 설계를 위한 수차 유도 비대칭성 오차(aberration-induced asymmetry error)(모든 수차, 즉 홀수 수차와 짝수 수차에 대해 합산된)의 그래프이다.
도 33은 도 31 및 도 32에 도시된 수차 유도 비대칭성 오차들(모든 수차, 즉 홀수 수차와 짝수 수차에 대해 합산된) 간의 차이의 그래프이다.
도 34는 도 31, 도 32 및 도 33에 대응하는 타겟에 대한 비대칭성 대 포커스의 그래프이다.
본 발명의 특징 및 장점은 동일한 도면 부호가 대응하는 구성요소를 식별하고 있는 도면과 함께 아래에 설명된 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다. 도면에서, 도면 부호는 전반적으로 동일하거나, 기능적으로 유사하거나, 및/또는 구조적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 구성요소를 처음으로 도시하고 있는 도면은 해당 도면부호에서 가장 좌측의 숫자에 의해 식별된다.

본 명세서는 본 발명의 특징부를 통합하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)은 단지 본 발명을 예로서 설명하는 것이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 한정되지 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구범위에 정해진다.

개시된 실시예(들) 및 "일실시예", "실시예", "일례의 실시예" 등으로의 본 명세서에서의 언급은 개시된 실시예(들)이 특정한 특징부, 구조 또는 특성을 포함할 수 있다는 것을 나타내기는 하지만, 모든 실시예가 특정한 특징부, 구조 또는 특성을 반드시 포함할 필요는 없다. 더욱이, 이러한 문구는 동일한 실시예를 지칭할 필요도 없다. 또한, 특정한 특징부, 구조 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명되는 때에, 이것은 당업자의 지식 내에서 이러한 특징부, 구조 또는 특성을 명시적으로 설명되어 있는지의 여부에 상관없이 다른 실시예와 함께 실시되는 것으로 이해될 것이다.

본 발명의 실시예는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 실시될 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 기기 판독 가능 매체 상에 저장된 명령으로서 구현될 수도 있다. 기기 판독 가능 매체는 기기(예컨대, 컴퓨터 디바이스)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장하거나 전송하기 위한 어떠한 기구도 포함할 수 있다. 예컨대, 기기 판독 가능 매체는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 디바이스, 전기, 광학, 음향 또는 기타 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령은 본 명세서에서는 어떠한 동작을 수행하는 것으로서 설명될 것이다. 그러나, 이러한 설명은 단지 편의를 위한 것이며, 이러한 동작은 실제로는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등을 실행하는 컴퓨팅 디바이스, 프로세서, 컨트롤러, 또는 기타 디바이스로부터 발생한다는 것을 이해하여야 한다.

그러나, 이러한 실시예를 더욱 상세하게 기술하기 전에, 본 발명의 실시예가 실시될 수 있는 일례의 환경을 설명하는 것이 유익할 것이다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 본 리소그래피 장치는, 방사선 빔(B, 예컨대 UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL)와, 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 또한 특정 파라미터에 따라 패터닝 장치를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결된 패터닝 장치 지지체 또는 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)와, 기판(예컨대, 레지스트가 코팅된 기판)(W)을 유지하도록 구성되고, 특정 파라미터에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WT)과; 패터닝 장치(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여한 패턴을, 기판(W)의 타겟 영역(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함하는) 상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위한 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전식, 다른 형태의 광학 요소, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 요소들을 포함할 수 있다.

패터닝 장치 지지체는 패터닝 장치의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예컨대 패터닝 장치가 진공 분위기에 유지되는지의 여부와 같은 기타 조건들에 좌우되는 방식으로 패터닝 장치를 유지한다. 패터닝 장치 지지체는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 장치 지지체는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 패터닝 장치 지지체는 패터닝 장치가 예컨대 투영 시스템에 대하여 요구된 위치에 있도록 할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 장치"라는 용어는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 생성하기 위하여 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 모든 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 반전 피처(phase shifting feature) 또는 이른바 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟 영역 내의 요구된 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수도 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같은 타겟 영역 내에 생성되는 디바이스에서의 특정 기능층에 대응할 것이다.

패터닝 장치는 투과형일 수도 있고 또는 반사형일 수도 있다. 패터닝 장치의 예로는 마스크, 프로그래머블 미러 어레이, 및 프로그래머블 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상 반전형 및 감쇠 위상 반전형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입들을 포함한다. 프로그래머블 미러 어레이의 예는 소형 미러들의 매트릭스 배열을 채용하며, 그 각각의 미러들은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지는 것이 가능하다. 경사진 미러들은 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 적합하거나 또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대하여 적합한, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형(catadioptric), 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는 "투영 시스템"이라는 좀더 일반적인 용어의 동의어로 간주할 수 있다.

본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형의 것(예컨대, 투과형 마스크를 채용함)이다. 이와 달리, 리소그래피 장치는 반사형의 것(예컨대, 전술한 바와 같은 유형의 프로그래머블 미러 어레이를 채용하거나, 또는 반사형 마스크를 채용함)일 수도 있다.

리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)을 갖는 유형의 것이어도 된다. 이러한 "복수 스테이지" 기계에서는, 추가의 테이블을 병행하여 사용하거나, 또는 하나 이상의 테이블 상에서 예비 공정을 수행하면서 다른 하나 이상의 테이블을 노광용으로 사용하는 것이 가능하다.

리소그래피 장치는 또한 기판의 적어도 일부분이 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 예컨대 물과 같은 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체에 의해 덮여질 수 있는 유형의 것으로도 될 수 있다. 액침액은 또한 예컨대 마스크와 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치의 다른 공간에도 가해질 수 있다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구도(numerical aperture)를 증가시키기 위한 것으로 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있다. 여기에서 사용된 바와 같은 "액침"이라는 표현은 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨져야 하는 것을 의미하지 않고, 단지 노광 동안 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예컨대, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스와 리소그래피 장치는 별도의 구성요소일 수도 있다. 이러한 경우, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예컨대 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)을 이용하여 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사선 소스가 수은 램프인 경우에, 이 방사선 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수도 있다. 방사선 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사 시스템으로 지칭될 수도 있다.

조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포(angular intensity distribution)를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 방사선 빔의 단면에서 요구된 균일성 및 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 조절하는데 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 장치 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 장치에 의해 패터닝된다. 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 종단한 후, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 투영 시스템(PS)은 방사선 빔을 기판(W)의 타겟 영역(C) 상에 집속시킨다. 제2 위치 설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량형 센서)를 이용하여, 예컨대 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟 영역(C)을 위치시키도록 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시되어 도시되어 있지는 않음)를 이용하여, 예컨대 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적 인출 후에 또는 스캔하는 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 것이 가능하다. 일반적으로, 패터닝 장치 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)의 이동은, 제1 위치 설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 설정)을 이용하여 실현될 것이다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치 설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수 있다. 스테퍼의 경우(스캐너와 반대되는 것으로서의), 패터닝 장치 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)는 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수도 있고, 또는 고정될 수도 있다.

패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용의 타겟 영역을 점유하고 있지만, 이들 마크들은 타겟 영역(C) 사이의 공간 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려져 있다). 마찬가지로, 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 소형 정렬 마커가 다이 내에서 디바이스 특징부 중에 포함될 수도 있으며, 그 경우 마커는 가능한 한 작게 되고, 인접한 특징부와는 상이한 이미징 또는 프로세스 조건을 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템은 아래에 추가로 설명되어 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서는, 패터닝 장치 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)을 기본적으로 정지 상태로 유지한 채로, 방사선 빔(B)에 부여한 패턴 전체를 한 번에 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 정지 노광). 그리고나서, 상이한 타겟 영역(C)이 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시킨다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해, 단일 정지 노광시에 이미징되는 타겟 영역(C)의 크기가 한정된다.

2. 스캔 모드에서는, 패터닝 장치 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사선 빔(B)에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 장치 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 상 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해 단일 동적 노광시의 타겟 영역의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의 폭)이 한정되는 한편, 스캐닝 동작의 길이에 의해 타겟 영역의 높이(스캐닝 방향에서의 높이)가 결정된다.

3. 또 다른 모드에서는, 프로그래머블 패터닝 장치를 유지한 채로 패터닝 장치 지지체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)를 기본적으로 정지 상태로 하고, 또한 기판 테이블(WT)을 이동시키거나 스캐닝하면서, 방사선 빔에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사선 소스가 채용되며, 프로그래머블 패터닝 장치는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 동안의 연속적인 방사 펄스의 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급한 바와 같은 타입의 프로그래머블 미러 어레이와 같은 프로그래머블 패터닝 장치를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.

리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb) 및 이 기판 테이블이 이들 간에 교환될 수 있는 2개의 스테이션, 즉 하나의 노광 스테이션과 하나의 측정 스테이션을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입의 것이다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 탑재될 수 있고, 다양한 예비 단계가 수행된다. 예비 단계는 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 맵핑하고, 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 장치의 처리량에 있어서의 상당한 증가를 가능하게 한다. 위치 센서(IF)가 측정 스테이션에 있는 뿐만 아니라 노광 스테이션에 있지만 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없다면, 기판 테이블의 위치가 둘 모두의 스테이션에서 추적(track)될 수 있도록 하기 위해 제2 위치 센서가 제공될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는, 기판에 대한 노광 전 프로세스 및 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함하는, 리소셀(lithocell) 또는 클러스터(cluster)로도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성한다. 종래에는, 이들은 레지스트층을 침적하기 위한 스핀 코터(spin coater, SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 칠 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 픽업하고, 이들 기판을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 그리고나서 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay, LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로서도 지칭되는 이들 디바이스는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있으며, 이 트랙 제어 유닛은 그 자체가 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어되고, 이 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.

미국 특허 공개 번호 US 2011 0249247 A는 리소그래피 장치의 디포커스를 측정하기 위해 포커스 감응 비대칭 타겟 설계(focus-sensitive asymmetric target design)로부터의 측정된 산란계 신호(scatterometer signal)를 이용하는 것을 개시하고 있다. 이 공개 특허의 내용은 원용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 통합된다. 이러한 방법에서, -1st와 +1st 회절 차수 세기(diffraction order intensity) 간의 차이의 형태로 산란계 퓨필에서 이용 가능한 바와 같은 비대칭 정보는, 측정된 산란계 신호로부터 스캐너 디포커스(scanner defocus)를 추론하기 위해 이용된다. 다크-필드 계측법(dark-field metrology)의 예는 국제 특허 출원 번호 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있으며, 이들 특허 문헌 또한 원용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 통합된다. 이 기술의 더 발전된 예가 미국 특허 공개 번호 US 2011 0027704 A, US 2011 0043791 A 및 US 2012 0123581 A에 개시되어 있다. 이들 특허 출원의 내용 또한 원용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 통합된다.

본 발명의 실시예에 사용하기에 적합한 다크 필드 계측 장치가 도 3의 (a)에 도시되어 있다. 타겟 격자 T 및 회절 선(diffracted ray)이 도 3의 (b)에 더욱 상세하게 예시되어 있다. 다크 필드 계측 장치는 독립형 디바이스이어도 되고, 또는 예컨대 측정 스테이션에 있는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC) 중의 하나에 통합될 수도 있다. 장치 도처에서 여러 개의 분기(branch)를 갖는 광축은 점선 O로 표시되어 있다. 이 장치에서, 소스(11)(예컨대, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학계에 의해 빔 스플리터(15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 이중 순서의 4F 배열(double sequence of a 4F arrangement)로 배치된다. 기판 이미지를 검출기 상에 제공하는 동시에 공간 주파수 필터링을 위해 중간 퓨필 평면(intermediate pupil-plane)의 액세스를 허용하는 상이한 렌즈 배열이 이용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 여기에서 퓨필 평면(켤레 퓨필 평면(conjugate pupil plane))으로서 지칭되는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 표현하는 평면에서의 공간 세기 분포를 정함으로써 선택될 수 있다. 구체적으로, 이것은, 렌즈 12와 14 사이에 적합한 형태의 애퍼처 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있으며, 그 평면에는 대물 렌즈 퓨필 평면의 역-투영 이미지(back-projected image)가 있게 된다. 예시된 실시예에서, 애퍼처 플레이트(13)는 상이한 조명 모드가 선택될 수 있도록 하는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태를 갖는다. 본 예에서의 조명 시스템은 오프축 조명 모드(off-axis illumination mode)를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 애퍼처 플레이트 13N은, 단지 설명을 목적으로 "북쪽"으로서 지정된 방향으로부터의 오프축을 제공한다, 제2 조명 모드에서, 애퍼처 플레이트 13S는 유사 조명을 제공하지만 "남쪽"으로 표시된 반대 방향으로부터의 오프축을 제공하기 위해 이용된다. 상이한 애퍼처를 사용함으로써 다른 모드의 조명도 가능하다. 원하는 조명 모드 외측의 임의의 불필요한 광이 원하는 측정 신호와 간섭할 수도 있음에 따라 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 타겟 격자(T)는 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직으로 기판(W)과 함께 위치된다. 축(O)에 어긋난 각도로 격자(T) 상에 충돌하는 조명선(ray of illumination)(I)은 하나의 0번째 차수 선(실선 0) 및 2개의 1번째 차수 선(일점쇄선 +1과 이점쇄선 -1)을 발생시킨다. 오버필 소형 타겟 격자(overfilled small target grating)를 이용하면, 이들 선은 계측 타겟 격자(T) 및 기타 특징부를 포함한 기판의 영역을 커버하는 다수의 평행 선 중의 단지 하나라는 것을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 애퍼처가 한정된 폭(유용한 광량을 허용하는데 필요한)을 가지므로, 입사 선(I)은 실제로는 일점 범위의 각도를 점유할 것이고, 회절 선 0과 +1/-1이 다소 확산될(spread out) 것이다. 소형 타겟의 포인트 확산 기능에 따라, 각각의 차수 +1과 -1은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 선이 아니라 일점 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다. 격자 피치 및 조명 각도는 대물 렌즈에 진입하는 1번째 차수 선이 중앙의 광축과 근접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 것에 유의하기 바란다. 도 3의 (a) 및 (b)에 예시된 선은 순전히 이들이 도면에서 보다 용이하게 구별될 수 있도록 하기 위해 다소 오프축으로 도시되어 있다.

기판(W) 상의 타겟에 의해 회절된 적어도 0차와 +1차 회절 선은 대물 렌즈(16)에 의해 모아지고, 빔 스플리터(15)를 반대로 통과하도록 지향된다. 도 3의 (a)로 돌아가서, 제1 조명 모드와 제2 조명 모드 둘 모두는 북쪽(N)과 남쪽(S)으로서 표시된 직경 방향으로 반대의 애퍼처를 지정함으로써 예시되어 있다. 입사 선(I)이 광축의 북쪽측으로부터의 것인 때에는, 즉 제1 조명 모드가 애퍼처 플레이트 13N을 이용하여 가해진 때에는, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 선이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 애퍼처 플레이트 13S를 이용하여 가해지는 때에는, -1(S)로 표시되는 -1 회절 선이 렌즈(16)에 진입하는 선이 된다.

제2 빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 분기로 분할한다. 제1 측정 분기에서, 광학계(18)는 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 포인트를 때리며, 이로써 이미지 처리가 차수를 비교하고 대비(contrast)할 수 있게 된다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 포커싱하거나 및/또는 첫번째 차수의(1차) 빔의 세기 측정치를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 언더필 타겟(underfilled target)을 위한 퓨필 평면 이미지가 포커스 계측을 위한 입력으로서 이용될 수 있다.

제2 측정 분기에서, 광학계(20, 22)는 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기에서, 퓨필 평면에 켤레를 이루는 평면에 애퍼처 스톱(21)이 제공된다. 애퍼처 스톱(21)은 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하도록 기능한다. 센서(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)에 출력되며, 이미지 프로세서 및 컨트롤러의 기능은 수행되는 측정의 특정한 타입에 좌우될 것이다. "이미지"라는 표현은 본 명세서에서는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의하기 바란다. 이와 같은 격자 라인의 이미지는 -1 및 +1 차수 중의 하나만이 제공되는 경우에는 형성되지 않을 것이다.

도 3에 도시된 애퍼처 플레이트(13) 및 필드 스톱(21)의 구체적인 형태는 단지 예에 불과하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 타겟의 온축 조명(on-axis illumination)이 사용되고, 실질적으로 단지 하나의 1차 회절 광만을 센서에 통과시키기 위하여 오프축 애퍼처를 갖는 애퍼처 스톱이 사용된다. 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.

조명을 이들 상이한 타입의 측정에 적합화시키기 위해, 애퍼처 플레이트(13)는 원하는 패턴을 위치에 놓이게 하기 위해 회전하는 디스크 둘레에 형성된 다수의 애퍼처 패턴을 포함할 수 있다. 이와 달리 또는 이에 부가하여, 동일한 효과를 달성하기 위해 플레이트(13)의 세트가 제공되고 스왑될 수 있다. 변형 가능한 미러 어레이 또는 투과성 공간적 사이트 변조기(transmissive spatial sight modulator)와 같은 프로그래머블 조명 디바이스도 사용될 수 있다. 조명 모드를 조정하기 위해 또 다른 방식으로서 이동 미러 또는 프리즘이 사용될 수 있다.

애퍼처 플레이트(13)에 관련하여 방금 설명한 바와 같이, 이미징을 위한 회절 차수의 선택은 이와 달리 퓨필 스톱(21)을 변경함으로써, 또는 상이한 패턴을 갖는 퓨필 스톱을 대체함으로써, 또는 고정된 필드 스톱을 프로그래머블 공간 광 변조기를 교체함으로써 달성될 수 있다. 그 경우, 측정 광학계의 조명측은 일정하게 유지될 수 있는 한편, 이미징측은 제1 모드와 제2 모드를 갖는다. 따라서, 본 발명에서는, 실제로는 각각의 측정 방법이 각각 자기 자신의 장점 및 단점을 갖는 3가지 타입의 측정 방법이 있다. 한 방법에서는, 상이한 차수를 측정하기 위해 조명 모드가 변경된다. 또 다른 방법에서는, 이미징 모드가 변경된다. 세 번째 방법에서는, 조명 모드와 이미징 모드가 변경되지 않는 채로 유지되지만, 타겟이 180도에 걸쳐 회전된다. 각각의 경우에, 원하는 작용, 즉 타겟의 상이한 스펙트럼에서 서로 대칭적으로 반대쪽에 있는 영(0)이 아닌 차수의 회절 방사선의 제1 부분과 제2 부분을 선택하는 작용은 동일하다. 원칙적으로, 차수의 원하는 선택은 조명 모드와 이미징 모드를 동시에 변경하는 것의 조합에 의해 달성될 수 있지만, 이것은 장점은 없이 단점을 야기하기가 쉬우므로, 이에 대해서는 더 이상 설명되지 않을 것이다.

제공된 예에서의 이미징을 위해 사용된 광학계가 필드 스톱(21)에 의해 제한되는 넓은 진입 퓨필(wide entrance pupil)을 갖지만, 다른 실시예 또는 어플리케이션에서는, 이미징 시스템의 진입 퓨필 크기 자체가 원하는 차수를 제한하고 그러므로 필드 스톱으로서도 작용하기에 충분한 정도로 작게 될 수 있다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 사용될 수 있는 상이한 애퍼처 플레이트가 도 3의 (c) 및 (d)에 도시되어 있다.

통상적으로, 타겟 격자는 자신의 격자 라인이 북쪽-남쪽 또는 동쪽-서쪽 중의 하나로 연장하는 상태로 정렬될 것이다. 즉, 격자는 기판(W)의 X 방향 또는 Y 방향으로 정렬될 것이다. 애퍼처 플레이트(13N 또는 13S)가 단지 한 방향(셋업에 따라서는 X 또는 Y)으로 지향된 격자를 측정하기 위해 이용될 수 있다는 것에 유의하기 바란다. 직교 격자의 측정을 위해, 90°와 270°에 걸친 타겟의 회전이 실시될 수도 있다. 그러나, 더욱 편리하게는, 동쪽 또는 서쪽으로부터의 조명이 도 3의 (c)에 도시된 애퍼처 플레이트(13E 또는 13W)를 이용하여 조명 광학장치에서 제공된다. 애퍼처 플레이트(13N 내지 13W)는 별도로 형성되고 서로 바꾸어질 수도 있거나, 또는 90도, 180도 또는 270도로 회전될 수 있는 단일 애퍼처 플레이트이어도 된다. 전술한 바와 같이, 도 3의 (c)에 예시된 오프축 애퍼처가 조명 애퍼처 플레이트(13) 대신에 필드 스톱(21)에 제공될 수 있다. 그 경우, 조명은 온축(on axis)이 될 것이다.

도 3의 (d)는 제1 쌍과 제2 쌍의 조명 모드를 조합하기 위해 사용될 수 있는 제3 쌍의 애퍼처 플레이트를 도시한다. 애퍼처 플레이트 13NW는 북쪽과 동쪽에 애퍼처를 갖는 한편, 애퍼처 플레이트 13SE는 남쪽과 서쪽에 애퍼처를 갖는다. 이들 상이한 회절 신호 간의 크로스-토크가 너무 크지 않으면, 조명 모드를 변경하지 않고서도 X 격자와 Y 격자 둘 모두의 측정이 수행될 수 있다.

도 4는 공지의 방식에 따라 기판 상에 형성된 복합 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 4개의 격자(32∼35) 모두가 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스팟(31) 내에 있도록 함께 근접하게 위치된 4개의 격자를 포함한다. 그러므로, 4개의 격자는 동시에 조명되고 센서(19, 23) 상에 동시에 이미징된다. 측정을 디포커스하기 위한 전용의 예에서, 격자(32∼35) 자체는 기판(W) 상에 형성된 반도체 장치의 층에 패터닝되는 비대칭 격자에 의해 형성된 포커스-감응 격자(focus-sensitive grating)이다. 격자(32∼35)는 X 방향과 Y 방향의 입사 방사선을 회절시키기 위해 도시된 바와 같이 자신의 배향을 다르게 할 수도 있다. 일례에서, 격자 32 및 34는 X-방향 격자이다. 격자 33 및 35는 Y-방향 격자이다. 이들 격자의 별도의 이미지가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다.

도 5는 도 3의 (d)로부터의 애퍼처 플레이트(13NW 또는 13SE)를 이용하고 도 3의 장치에서 도 4의 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 예를 도시한다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)가 상이한 개별 격자(32∼35)를 분해(resolve)할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 상이한 개별 격자(32∼35)를 분해할 수 있다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 표현하며, 그 안에는 기판 상의 조명 스팟(31)이 대응하는 원형 영역(41)에 이미징되어 있다. 그 안에서, 직사각 영역(42∼45)은 소형 타겟 격자(32∼35)의 이미지를 표현한다. 격자가 제품 영역에 위치되면, 제품 특징부 또한 이 이미지 필드의 둘레에서 볼 수 있을 것이다. 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)는 격자(32∼35)의 별도의 이미지(42∼45)를 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이들 이미지를 처리한다. 이러한 방식으로, 이미지는 센서 프레임 내에의 특정한 지점에서 매우 정밀하게 정렬되지 않아도 되며, 이것은 대체로 측정 장치의 처리량을 크게 향상시킨다. 그러나, 이미징 프로세스가 이미지 필드를 가로질러 비균일성(non-uniformity)에 놓이게 된다면, 정확한 정렬에 대한 필요가 있게 된다. 본 발명의 일실시예에서, 4개의 위치(P1 내지 P4)가 식별되고, 격자가 이들 알려진 위치와 가능한 한 많이 정렬된다.

격자의 별도의 이미지가 식별된 때에, 이들 개별 이미지의 세기가 예컨대 식별된 영역 내에서의 선택된 화소 세기값을 평균화하거나 합산함으로써 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 기타 특성은 서로 비교될 수 있다. 포커스와 같은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 이들 결과가 조합될 수 있다.

도 6은, 예컨대 원용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 통합되는 미국 특허 공개 번호 US 2011 0027704 A에 개시된 방법을 이용하여, +1차 및 -1차 다크-필드 이미지에서의 이들의 세기를 비교함으로써 드러난 바와 같이 하나 이상의 포커스 감응 격자의 비대칭성을 통해 디포커스를 측정하는 법을 예시하고 있다. 단계 S1에서, 예컨대 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 격자를 포함하는 구조체를 생성하기 위해 도 2의 리소그래피 셀을 통해 2회 또는 그 이상 처리한다. 단계 S2에서, 도 3의 계측 장치를 이용하여, 1차 회절 빔들 중의 하나(즉, -1)만을 이용하여 격자의 이미지를 획득한다. 그리고나서, 조명 모드를 변경하거나 또는 이미징 모드를 변경하거나 또는 기판(W)을 계측 장치의 시계에서 180도만큼 회전시킴으로써, 다른 1차 회절 빔(+1)을 이용하여 격자의 제2 이미지를 획득한다(단계 S3).

각각의 이미지에서 1차 회절 방사선의 절반만을 포함함으로써, 여기에서 지칭되는 "이미지"는 종래의 다크 필드 마이크로스코피 이미지가 아니라는 것에 유의하여야 한다. 개별 격자 라인은 분해되지 않을 것이다. 각각의 격자는 단순히 어떠한 세기 레벨의 영역에 의해 표현될 것이다. 단계 S4에서, 대상 영역(region of interest, ROI)이 각각의 콤포넌트 격자의 이미지 내에서 주의깊게 식별되며, 이로부터 세기 레벨이 측정될 것이다. 이것은, 특히 개별 격자 이미지의 격자 주변에서, 세기값이 일반적으로 레지스트 두께, 조성, 라인 형상뿐만 아니라 에지 이펙트와 같은 공정 변수에 크게 좌우될 수 있기 때문에 행해진다.

각각의 개별 격자를 위한 ROI를 식별하고 그 세기를 측정하면, 격자 구조의 비대칭성 및 그에 따라 디포커스가 결정될 수 있다. 이것은 각각의 격자(32∼35)에 대한 +1차 및 -1차에 대해 획득된 세기값을 비교하여 이들의 세기에서의 어떠한 차이를 식별하고(단계 S5) 타겟(T) 부근에서의 디포커스를 결정(S6)하는 단계에서 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)에 의해 행해진다.

전술한 타겟 구조체가 측정의 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 다른 실시예에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분인 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 다수의 디바이스는 규칙적인 격자형 구조체를 갖는다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "타겟 격자" 및 "타겟 구조체"라는 표현은 수행되는 측정을 위해 구조체가 특별하게 제공되는 것을 요구하지 않는다.

기판 상에 실현되는 타겟 및 패터닝 장치의 물리적 격자 구조체와 관련하여, 실시예는, 기판 상에 타겟을 형성하고, 기판 상의 타겟을 측정하고, 및/또는 리소그래피 공정에 대한 정보를 획득하기 위해 측정치를 분석하는 방법을 기술하는 기기 판독 가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은 예컨대 도 3의 장치에서의 유닛(PU) 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램이 안에 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 디스크, 또는 광디스크) 또한 제공될 수 있다. 예컨대 도 3에 도시된 타입의 기존의 계측 장치가 이미 생산되고 있거나 및/또는 사용되고 있는 경우, 본 발명은 프로세서로 하여금 본 명세서에서 개시되는 방법을 실행하고 노광 선량에 대한 감소된 감응도로 디포커스를 계산하도록 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품의 제공에 의해 실시될 수 있다. 프로그램은 필요한 경우 광학계, 기판 지지체 등을 적합한 복수의 타겟 구조체의 측정을 위한 단계를 수행하도록 제어하기 위해 구성될 수도 있다.

도 7은 포커스 감응 비대칭 격자 패턴(focus-sensitive asymmetric grating pattern)을 도시한다. 도 7에는, 격자의 단지 3개의 주기의 제한된 부분이 도시되어 있다. 전체 격자에서는, 패턴(702)이 수평 및 수직 방향으로 반복된다. 패턴(702)은 예컨대 레티클 상의 크롬 패턴(chrome pattern on a reticle)일 수도 있다. 도 7의 패턴(702)이 웨이퍼 상에 포커스 감응 격자 구조를 형성하기 위해 리소그래피 장치에 사용되는 때에, 더 작은 수평 돌기부가 분해될 수도 있거나 분해되지 않을 수도 있지만, 포커스에 좌우되는 각각의 인쇄 라인의 우측편과 좌측편 간의 차이(즉, 비대칭성)를 갖는 프로필을 제공한다. 측벽각(side wall angle)에서의 차이가 이러한 비대칭성의 일례이다. 우측편의 포커스에 대한 이 측벽각 의존성은 돌기부를 갖지 않는 좌측편에 대해서보다 훨씬 크다, 따라서, 패턴(702)은 각각의 라인의 좌측편과 우측편 간의, 인쇄된 측벽각(ΔSWA)과 같은, 비대칭성에서의 차이를 야기하며, 이것은 격자 패턴의 노광 동안 리소그래피 장치의 포커스에 좌우된다.

선량 변동(Dose Perturbation)

도 8은 도 7의 격자 패턴의 노광 동안 리소그래피 장치의 nm 단위의 포커스 설정(F)에 대한 도(deg)의 단위의 측벽각 차이(ΔSWA)의 의존성을 예시하는 그래프이다. 100%로 표시된 흑색 곡선은 100% 노광 선량을 나타낸다. SWA 포커스 감응도(FS)의 개략 측정치가 도시되어 있고, 포커스가 변경될 때의 측벽각 차이(ΔSWA)의 범위를 나타낸다. 각각 95%와 105% 선량에 대한 2개의 곡선이 더 도시되어 있다. 상이한 선량은 100% 선량 곡선으로부터 각각 아래쪽과 위쪽으로 시프트되어 있다. 이 선량 감응도(DS)가 도시되어 있고, 선량이 변경될 때의 측벽각 차이(ΔSWA)의 범위를 나타낸다. 포커스 및 선량 감응도가 상이한 단위를 갖고, 그러므로 주의하여 비교되어야 하지만, 도 7의 격자 패턴에 대해서는, 선택된 범위의 포커스 -75 내지 +75 nm에 걸친 포커스 감응도(FS)는 선택된 범위의 선량 95% 내지 105%에 걸친 선량 감응도(DS)보다 훨씬 큰 것으로 보인다. 그러나, 선량 감응도는 비대칭성을 이용하는 포커스 측정의 정확성과의 문제점을 야기하기에 충분하다. 이 문제점이 도 9에 예시되어 있다.

도 9는 도 7의 격자 패턴과 유사한 격자 패턴의 노광을 이용하는 리소그래피 장치의 nm 단위의 디포커스(DF)에 대한 산란계로 측정된 비대칭성(AS)의 그래프이다. 각각 20 내지 24 mJ/㎠으로 표시된 5개의 선량이 도시되어 있다. 그러므로, 도 9는 포커스 및 선량을 함수로 하여 측정된 비대칭성 곡선을 도시한다. 비대칭 포커스 타겟으로부터의 비대칭성 정보를 이용하는 것은 흑색 화살표로 나타낸 선량 크로스-토크 효과를 겪게 된다. 이 예에서, 선량이 화살표로 나타낸 바와 같이 21 mJ/㎠에서 22 mJ/㎠으로 1 mJ/㎠(~5%)만큼 변경되면, 크로스 토크(포커스 오차)는 점선으로 나타낸 바와 같이 ~20 nm이다. 여기에서 설명되는 예는 도 7에 도시된 것과 같은 비대칭 포커스 감응 격자를 이용하여 측정된 실제 리소그래피 장치 디포커스 값으로부터 선량 크로스 토크 항(dose cross-talk terms)의 영향을 디커플링하기 위해 포커스 감응 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 선량에 대한 정보를 이용한다. 여기에서 설명되는 예에서, 이 정보는 도 10 내지 도 19를 참조하여 설명되는 바와 같이 선량 감응 구조체의 산란계 측정(scatterometry measurement)으로부터 얻어질 수 있다. 다른 예에서, 이 정보는 도 20 및 도 21을 참조하여 설명되는 바와 같이 리소그래피 장치의 기록된 노광 선량 설정으로부터 얻어질 수 있다. 이들 예가 별도의 도면을 참조하여 설명되지만, 노광 선량에 대한 정보는 선량 감응 구조체의 산란계 측정과 리소그래피 장치의 기록된 노광 선량 설정의 조합으로부터 얻어질 수 있다. 이에 부가하여 또는 이와 달리, 포커스 감응 구조체를 형성하기 위해 사용된 노광 선량에 대한 정보의 다른 소스 또한 이용될 수 있다.

도 10은 선량 감응 대칭 격자 구조를 예시한다. 도 10에서, 도 7에 대해서와 같이, 격자의 단지 3개의 주기의 제한된 부분이 도시되어 있다. 전체 격자에서는, 도 10의 격자의 패턴(1002)이 수직 및 수평 방향으로 반복된다. 이 패턴(1002)은 예컨대 레티클 상의 크롬 패턴이어도 된다.

도 10의 패턴이 웨이퍼 상의 선량 감응 격자 구조체를 형성하기 위해 리소그래피 장치에 사용되는 때에, 이 구조체는 포커스에 동등하게 좌우되는 각각의 인쇄 라인의 좌측편과 우측편 둘 모두에서의 측벽각을 갖는 프로필을 갖는다. 이 패턴(1002)은 포커스에 좌우되는 라인폭 또는 크리티컬 디멘전(CD)을 야기한다. 그러나, CD는 선량에 보다 많이 좌우된다. 이것은 도 11에 의해 예시되어 있다.

도 11은 도 10의 격자 패턴의 노광을 이용하는 리소그래피 장치의 nm 단위의 포커스 설정(F)에 대한 크리티컬 디멘전(CD)의 의존성을 예시하는 그래프이다. 100%로 표시된 흑색 곡선은 100% 노광 선량을 나타낸다. CD 포커스 감응도(FS)의 개략적인 측정치가 도시되고, 포커스가 변경될 때의 CD의 범위를 나타내고 있다. 95%와 105% 선량의 각각에 대해 2개의 곡선이 더 도시되어 있다. 상이한 선량은 100% 선량 곡선으로부터 각각 위쪽과 아래쪽으로 시프트되어 있다. 이 선량 감응도(DS)가 도시되고, 선량이 변경될 때의 CD의 범위를 나타내고 있다. 도 7의 패턴(702)으로부터 비롯된 인쇄 격자와 비교하면, 도 10의 패턴(1002)으로부터 비롯된 인쇄 격자는 리소그래피 장치의 포커스에 상이하게 감응(이 예에서는 더 적게 감응)하지만 리소그래피 장치의 노광 선량에 상이하게 감응(이 예에서는 더 많이 감응)하는 형태를 갖는다. 다른 예는 포커스에 더 적게 감응하고 노광 선량에 더 많이 감응하는 것이 아닌 상이한 감응도를 가질 수도 있다. 예컨대, 2개의(또는 그보다 많은) 상이한 타겟 격자가 2개의(또는 그보다 많은) 상이한 산란계 파장으로 측정될 수도 있다. 획득된 산란계 신호들은 직접 비교 가능하지 않지만(예컨대 "감응도"가 타겟 격자를 형성하기 위해 사용된 재료의 스택의 특성에 좌우되기 때문에), 최적의 해법을 찾기 위해 단순히 2개의(또는 그보다 많은) 산란계 신호의 조합을 이용하는 것은 가능하다. 더욱이, 대칭 격자와 비대칭 격자의 조합의 경우에, 이들 신호는 원래부터 상이하다. 이러한 감응도 값이 역시 직접 비교될 수 없음에 따라, 최적의 해법을 찾기 위해 역시 단순히 신호의 조합을 이용하는 것은 가능하다.

도 12는 선량 감응 비대칭 격자 패턴을 예시한다. 도 12에는 격자의 단지 3개의 주기의 제한된 부분이 도시되어 있다. 전체 격자에서는, 도 12의 격자의 패턴(1202)이 수직 및 수평 방향으로 반복된다. 이 패턴(1202)은 예컨대 레티클 상의 크롬 패턴이어도 된다. 도 12의 패턴이 웨이퍼 상의 선량 감응 격자 구조체를 형성하기 위해 리소그래피 장치에서 사용될 때, 더 작은 수평 돌출부가 분해되지 않지만, 포커스에 좌우되는 각각의 인쇄 라인의 우측편에서의 측벽각을 갖는 프로필을 제공한다. 우측편의 포커스에 관한 이 측벽각 의존성은 돌출부를 갖지 않는 좌측편에 대해서보다 크다. 이 패턴(1202)은 각각의 라인의 좌측편과 우측편 사이에서의 인쇄 격자 측벽각의 차이(ΔSWA)를 야기하며, 이것은 격자 패턴의 노광 동안의 리소그래피 장치의 포커스에 좌우되지만, 도 7의 패턴(702)에 의해 인쇄된 격자에 대한 것보다 포커스에 대해 더 작게 감응한다. 도 7의 패턴(702)보다 선량에 더 많이 감응하고, 도 10의 패턴(1002)에 더 가까운 선량 감응도를 가지면, 이 패턴(1202)은 패턴 702로부터 비롯된 격자에 비하여 리소그래피 장치의 노광 선량에 더 많이 감응하는 형태를 갖는 인쇄 격자를 야기한다. 이것은 도 13에 의해 예시되어 있다.

도 13은 도 12의 격자 패턴의 노광을 이용하는 리소그래피 장치의 nm 단위의 포커스 설정(F)에 대한 도(deg) 단위의 측벽각 차이(ΔSWA)의 의존성을 예시하는 그래프이다. 100%로 표시된 흑색 곡선은 100% 노광 선량을 나타낸다. SWA 포커스 감응도(FS)의 개략 측정치가 도시되어 있고, 포커스가 변경될 때의 측벽각 차이(ΔSWA)의 범위를 나타내고 있다. 각각 95%와 105% 선량에 대한 2개의 곡선이 더 도시되어 있다. 상이한 선량이 100% 선량 곡선으로부터 각각 아래쪽과 위쪽으로 시프트되어 있다. 이 선량 감응도(DS)가 도시되어 있고, 선량이 변경될 때의 측벽각 차이(ΔSWA)의 범위를 나타내고 있다. 도 10 및 도 11에 대해서와 같이, 도 7의 패턴(702)으로부터 비롯된 인쇄 격자에 비하여, 도 12의 패턴(1202)으로부터 비롯된 인쇄 격자는 리소그래피 장치의 포커스에 덜 감응하지만 리소그래피 장치의 노광 선량에 더 많이 감응하는 형태를 갖는다.

도 14는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응 및 선량 감응 타겟(1402)을 개략적으로 예시한다. 조합된 타겟은 계측 변동의 영향을 감소시키는 장점을 갖는다. 각각의 격자의 단지 3개의 주기가 도시되어 있지만, 이것은 격자의 타입을 보여주기 위한 것에 불과하다. 이 패턴은 실척으로 나타낸 것이 아니며, 실제로는 더 작고, 수평 및 수직 방향으로 반복될 것이다. FSH 및 FSV로 표시된 격자는 각각 수평 방향과 수직 방향으로 라인을 갖는, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은, 포커스 감응 비대칭 격자이다. DSH 및 DSV로 표시된 격자는 각각 수평 방향과 수직 방향으로 라인을 갖는, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같은, 선량 감응 격자이다.

도 15는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응 및 선량 감응 타겟(1502)을 개략적으로 예시한다. 도 14에 대해서와 같이, 각각의 격자의 단지 3개의 주기가 도시되어 있지만, 이것은 격자의 타입을 보여주기 위한 것에 불과하다. FSH 및 FSV로 표시된 격자는 각각 수평 방향과 수직 방향으로 라인을 갖는, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은, 포커스 감응 비대칭 격자이다. DSH 및 DSV로 표시된 격자는 각각 수평 방향과 수직 방향으로 라인을 갖는, 도 12를 참조하여 설명한 바와 같은, 선량 감응 격자이다.

도 16은 다크 필드 산란 측정을 이용하고 본 발명의 실시예에 따른 노광 변동 감응 타겟의 측정을 이용하는 방법의 흐름도이다. 도 16에 대한 이하의 설명은 노광 변동으로서의 선량을 가지며, 도 15에 예시된 바와 같은 타겟을 사용한다. 리소그래피 장치의 노광 변동의 다른 예는 수차(aberration) 및 조명 조건이며, 이를 위해서는 도 24 및 도 25에 예시된 것과 같은 다른 타겟이 사용될 수도 있다. 도 16 및 도 17에 대해서는, 단지 수평 격자만이 언급될 것이지만, X 및 Y 포커스 동작을 별도로 측정하기 위해 수직 격자 또한 사용될 수 있다. 본 방법에서의 단계들은 다음과 같다:

단계 1600 : 포커스 및 선량을 함수로 하여 격자 비대칭성을 측정한다. 이러한 측정의 결과가 도 9의 그래프에 도시되어 있다.

단계 1602 : 웨이퍼 상에 포커스 감응 격자(FSH) 및 선량 감응 격자(DSH)를 형성하기 위해 리소그래피 장치를 이용하여 웨이퍼를 가공한다.

단계 1604 : 제1 조명 모드를 이용하여 -1차 산란 측정 이미지를 측정한다.

단계 1606 : 제2 조명 모드를 이용하여 +1차 산란 측정 이미지를 측정한다.

단계 1608 : 각각의 이미지로부터 각각의 대상 격자 영역(ROI)을 식별하고 추출한다.

단계 1610 : 비대칭성을 결정하기 위해 각각의 격자의 차이(-1차 측정과 +1차 측정 간의) 이미지를 계산한다.

단계 1612 : 포커스 감응 격자(FSH)를 위해 어느 교정 곡선(calibration curve)(도 9에 도시된 바와 같은)을 선택할지를 결정하기 위해 선량 감응 격자(DSH) 비대칭성을 이용한다.

단계 1614 : 결정된 교정 곡선 및 포커스 감응 격자(FSH) 비대칭성을 이용하여 디포커스를 결정한다.

도 17은 다크 필드 산란 측정을 이용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 도 17에 대한 이하의 설명은 노광 변동으로서의 선량을 가지며, 도 15에 예시된 바와 같은 타겟을 사용하지만, 포커스를 결정하기 위해 상이하게 격자 비대칭성을 이용한다. 리소그래피 장치의 노광 변동의 다른 예는 수차(aberration) 및 조명 조건이며, 이를 위해서는 도 24 및 도 25에 예시된 것과 같은 다른 타겟이 사용될 수도 있다. 리소그래피 장치의 노광 변동의 다른 예는 일반적인 스캐너 콘트라스트 항(general scanner contrast terms)이다. 리소그래피 장치의 노광 변동의 다른 예는 이동 표준 편차(moving standard deviation)이다. "이동 표준 편차" 또는 'MSD"라는 표현은 아래와 같이 설명되는 동적 오차를 위해 채용된다.

기판 상에 패턴을 인쇄하거나 노광하는 동안 어쩔 수 없이 발생하는 리소그래피 장치의 다양한 서보 시스템 및 부품에서의 오차는, 이상적인 패턴에 비하여 적용된 패턴의 품질에서의 오차를 발생시킨다. 이러한 품질 저하는 통상적으로 정렬(기판 평면에서의 위치) 및/또는 크리티컬 디멘전(CD)에의 이들의 영향과 제품 패턴에서의 CD 균일성(CDU)을 통해 드러나게 된다. 오차 소스는 상대적으로 정적인 것일 수도 있고, 또는 예컨대 요구된 경로에 대한 진동 또는 흔들림과 같은 동적인 것일 수도 있다. 다른 오차 소스가 모든 노드와 새로운 리소그래피 플랫폼으로 감소됨에 따라, 이들 동적 오차 진동의 상대적인 영향은 커다란 성능 제한 요소가 되고 있다. 또한, 장치의 처리량을 증가시키기 위한 노력은 부품이 더 빠르게 이동하고 가속/감속되는 한편, 더 경량화되고 그에 따라 구조가 덜 단단해지게 된다는 것을 암시한다. 이들 방안은 세밀한 설계에 의해 완화되지 않는다면 동적 오차를 증가시키는 경향이 있다. 이들 MSD 오차는 포커스 측정에 영향을 주는 크로스 토크 항이다.

단계 1600 내지 1610은 도 16(선량 노광 변동 예를 위한)을 참조하여 설명한 것과 동일하며, 아래의 단계가 후속된다:

단계 1702 : 다차원 모델에서의 선량 감응 격자 비대칭성(DSH) 및 포커스 감응 격자(FSH) 비대칭성을 이용하여 디포커스를 결정한다.

그러므로, 본 발명의 몇몇 실시예에서는, 원래 타겟 상에서 측정된 바와 같은 실제 스캐너 디포커스 값으로부터 크로스 토크 항의 영향을 디커플하기 위해 또 다른 산란계 타겟의 정보를 사용하도록 제안된다. 이것은 이하의 방식으로 행해질 수 있다.

1. 예컨대 도 10에서의 패턴(1002)을 이용하여 형성된 것과 같은 선량 감응 대칭 타겟으로부터의 대칭 정보를, 예컨대 도 7에서의 패턴(702)을 사용하여 형성된 것과 같은 포커스 감응 비대칭 타겟의 추론 곡선(inference curve)에 대한 정확한 선량값을 설정하기 위한 입력으로서 이용한다. 대칭 정보는 예컨대 퓨필 평면 검출 산란 측정으로 측정된 언더필 타겟을 이용한 재구성으로부터 획득된 CD이어도 된다. 대칭 정보는 예컨대 더 작은 오버필 인-다이 타겟(smaller overfilled in-die target)을 이용하여 다크 필드 검출 산란 측정에 의해 획득된 대상 영역에 걸친 평균 세기이어도 된다.

2. 예컨대 도 12에서의 패턴(1202)을 이용하여 형성된 선량 감응 비대칭 타겟으로부터의, 예컨대 산란계 비대칭성과 같은, 비대칭 정보를, 예컨대 도 7에서의 패턴(702)을 이용하여 형성된 포커스 감응 비대칭 타겟의 추론 곡선에 대한 정확한 선량값을 설정하기 위한 입력으로서 이용한다.

비대칭 및 대칭 선량 감응 타겟 둘 모두로부터의 정보는 이하의 방식으로 이용될 수 있다:

a) 피드 포워드 타입 어플리케이션(feed-forward type application)에서는, 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이 포커스 타겟의 정확한 교정 곡선을 선택하기 위한 입력으로서 공급하기 위해 선량 감응 타겟으로부터의 정보를 이용하고, 필요한 경우 이것을 되풀이하여 반복한다.

b) 연합 최적화 방식(joint optimization scheme)에서는, 포커스 및 선량 정보를 추론하기 위한 다차원 모델을 생성하기 위해, 예컨대 도 7에서의 패턴(702)을 이용하여 형성된 타겟과 예컨대 도 12에서의 패턴(1202) 또는 도 10에서의 패턴(1002)을 이용하여 형성된 타겟 둘 모두의 신호를 이용한다.

도 14 및 도 15를 참조하여 설명한 바와 같이, 포커스 감응 및 선량 감응 격자는 물리적으로 따로의 것일 필요는 없다. 이들은 하나의 물리적 타겟일 수 있다. 도 16을 참조하여 설명된 바와 같은 검출 방법은 한 번의 검사 장치 통과로 선량 감응 및 포커스 감응 정보의 분리를 가능하게 한다. 이들 타겟은 예컨대 둘 모두의 타겟 구조 타입의 직교 배치(선량 감응 타겟은 수평 방향으로, 포커스 감응 타겟은 수직 방향으로)에 의해 웨이퍼 상의 단일 지점 상에 조합될 수도 있다. 이것은 퓨필 평면 검출 산란 측정 모드에 적합하다.

위의 항목 2(선량 감응 비대칭 타겟으로부터의 비대칭 정보를 이용하는)에 대해, 비대칭 포커스 타겟에 대한 주요 장점인, 격자 장보로부터 스택 정보를 디커플하기 위해, 비대칭 산란계 신호 검출의 원리가 이용될 수 있다. 항목 1(선량 감응 대칭 타겟으로부터의 대칭 정보를 이용하는)에 대해, 이것은 반드시 그러할 필요는 없으며, 측정된 타겟으로부터 선량 정보를 유추하기 전에, 먼저 산란 측정 신호로부터 CD를 계산하기 위해, 전체 재구성 사이클이 요구될 수도 있거나, 또는 CD-SEM(스캐닝 전자 현미경)과 같은 또 다른 계측 방법으로의 선량 감응 대칭 또는 비대칭 타겟의 CD 측정이 요구될 수도 있다,

본 발명의 실시예에 따른 사용을 위해 산란 측정 신호를 획득하기 위해, 대안으로서 단독으로 또는 다크 필드 검출 산란 측정(도 6, 도 16 및 도 17에 대해 설명한 바와 같은)과 조합하여, 퓨필 평면 검출 산란 측정 또한 도 18 및 도 19에 예시된 바와 같이 이용될 수 있다.

도 18은 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 도 18에 대한 이하의 설명은 선량을 노광 변동으로 하고 있고, 도 7 및 도 12에 예시된 바와 같이 언더필 타겟을 이용할 수 있다. 도 18에서의 단계 1600, 1602, 1612 및 1614는 도 16을 참조하여 설명한 것과 동일하다. 그러나, 단계 1604 내지 1610은 퓨필 평면 검출 단계로 대체된다:

단계 1804 : 예컨대 도 3의 (a)에서의 센서(19)를 이용하여 퓨필 평면에서의 -1차 및 +1차 세기를 측정한다.

단계 1806 : 예컨대 도 3의 (a)에서의 처리 유닛(PU)을 이용하여 비대칭성을 결정하기 위해 -1차 세기와 +1차 세기 간의 차이를 계산한다.

도 19는 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 도 18(선량 노광 변동 예를 위한)에 대해서와 같이, 도 19에 대한 이하의 설명은 선량을 노광 변동으로 하고 있고, 도 7 및 도 12에서 예시된 것과 같은 언더필드 타겟을 이용할 수 있다. 도 19에서의 단계 1600, 1602 및 1702는 도 17을 참조하여 설명한 것과 동일하다. 그러나, 도 17과 비교하면, 단계 1604 내지 1610은 도 18을 참조하여 설명한 퓨필 평면 검출 단계 1804 및 1806으로 대체된다.

포커스 측정은 CD 균일성을 최적화하기 위해 기판을 가로질러 노광 선량을 다르게 하는 레시피(recipe)에 의해 정해진 노광 조건을 이용하여 리소그래피 장치에 의해 노광된 기판 상에서 수행될 수 있다. 이들 CD 균일성 최적화 서브-레시피는 통상적으로 5%까지 에칭한 후에 CD 성능을 최적화하기 위해 선량 핑거프린트(즉, 웨이퍼를 가로지르는 패턴) 정정을 적용할 수 있다. 그 결과, 전형적인 리소그래피 장치 및 리소셀 또는 클러스터(백 플레이트를 포함하는)에 의한 선량 변동을 발생시키는 선량 크로스 토크로부터의 커다란 영향이 드러나게 된다. 통상적으로, 1.5∼2% 변동이 예상된다. 더욱이, 적어도 몇몇 선량 변동은 랜덤한 성분이 아닐 수도 있으며, 그러므로 그 자체가 대칭적 선량-대-포커스 크로스 토크 항처럼 보일 수 있어서, 디포커스 핑거프린트 결정에서의 오차를 야기한다.

이러한 CD 균일성 최적화로부터의 적용된 선량 정정이 알려져 있으므로, 이들 선량 정정은 측정된 포커스에 미치는 선량 크로스 토크 작용을 감소시키기 위해 이용될 수 있다.

초기 교정 동안, 비대칭 포커스 타겟 구조체의, 예컨대 비대칭 측벽각(SWA) 응답과 같은, 타겟 비대칭성 응답이 도 9의 그래프에 나타낸 데이터와 유사한 포커스 및 선량을 함수로 하여 기록된다.

비대칭 포커스 감응 타겟의 측정 동안, 예상된 선량(포커스 감응 타겟을 형성하기 위해 사용된 노광 선량에 대한 기록된 정보로부터의)이 웨이퍼 상의 비대칭 타겟 위치에 대해 계산된다.

이 계산은 그 후 선량 크로스 토크를 최소화하기 위해 사용할 최적의 것이 되는 대응하는 교정 곡선을 찾기 위해 이용된다.

최종적인 보고된 포커스값이 공지의 선량 오프셋을 위해 정정되며, 그러므로 포커스 측정 정확도가 증가된다.

노광 동안의 포커스의 변동의 또 다른 소스가 있다. 포커스 조정을 적용하기 위해, 기판 표면 높이를 측정하기 위하여 리소그래피 장치 포커스(레벨링) 시스템이 이용될 수 있다. 상이한 리소그래피 장치는 교정에 의해 결정되는 상이한 포커스 오프셋을 가질 수 있다. 초기 포커스 모델 교정 동안, 하나의 모델에서의 포커스 설정은 리소그래피 장치 설정 포커스 오차에 의해 비교될 수 있다. 그러므로, 교정 정확도가 향상된다. 그러나, 국부적 디포커스는 완전하게 보상되지 않을 수도 있다. 후속 생산 웨이퍼 측정 동안, 계산된 포커스는 이전에 기록된 설정 포커스 오차와 함께 보고될 수 있다. 어플리케이션(모니터 또는 피드백)에 따라서는, 기록된 설정 포커스가 전체적인 정확도를 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 예에서, 각각의 리소그래피 장치에 대한 이들 포커스 편차가 기록될 수 있고, 설정 포커스 오차를 정정하기 위해 이용될 수 있다. 포커스 결정 정확도를 향상시키기 위해 레벨링 데이터의 이동 평균 기록(moving average recording)(측정된 기판 표면 높이, 포커스 편차에 대응함) 또한 고려될 수 있다. 포커스 결정 정확도를 향상시키기 위해 임의의 다른 레벨링 또는 포커스 결정 센서 또는 장치로부터의 정보 또한 고려될 수 있다. 포커스 결정 정확도를 향상시키기 위해 스캐너 서보 정보 또한 고려될 수 있다.

본 방법은, 선량을 노광 변동으로 하고 있고, 그 단계 1600, 1604, 1606 및 1614가 도 16(선량 노광 변동 예를 위한)의 단계와 공통되는 도 20을 참조하여 아래와 같이 수행될 수 있다:

단계 1600 : 포커스 및 선량을 함수로 하여 격자 비대칭성을 측정한다. 이러한 측정의 결과는 도 9의 그래프에 나타낸 것과 유사하다.

단계 2002 : 웨이퍼 상에 포커스 감응 구조(이 예에서는 포커스 감응 격자)를 형성하기 위해 리소그래피 장치를 이용하여 웨이퍼를 가공하고, 선량에 관한 정보와 포커스 감응 격자를 형성하기 위해 사용된 포커스 정정을 기록한다.

단계 2008 : 각각의 이미지로부터 각각의 대상 영역(ROI)을 식별하고 추출한다.

단계 2010 : 비대칭성을 결정하기 위해 차이(-1차 측정치와 +1차 측정치 간의) 이미지를 계산한다.

단계 2012 : 최초의 구조를 형성하기 위해 사용된 노광 선량에 대한 정보를 수신한다. 이 예에서, 이 정보는 단계 2002에서 기록된 리소그래피 공정을 이용하여 포커스 감응 구조의 생산에 적용된 선량 정정의 형태이다. 각자의 포커스 감응 격자에 대한(예컨대, 그 기판의 위치를 고려하여) 기록된 선량 정정을 이용하여, 그 포커스 감응 격자를 위해 어느 교정 곡선을 선택할지를 결정한다.

단계 1614 : 결정된 교정 곡선 및 포커스 감응 격자 비대칭성을 이용하여 디포커스를 결정한다.

단계 2016 : 격자에 대한 기록된 포커스 정정을 이용하여, 결정된 디포커스를 정정한다.

도 20을 참조하여 설명한 것과 유사한 본 방법은, 선량을 노광 변동으로 하고 있고, 그 모든 단계가 도 16, 도 18 및 도 20(선량 노광 변동 예를 위한)의 단계와 공통되는, 도 21에 도시된 것과 같은 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하여 수행될 수 있다.

수차 변동(Aberration Perturbation)

포커스 결정을 위해 사용된 비대칭 포커스 감응 타겟에 대해, 본 발명의 발명자는 포커스 감응 타겟의 원하지 않은 수차 감응도가 포커스 측정 오차에서의 원하지 않은 증가를 야기한다는 것을 발견하였다.

더욱이, 공지의 오버레이 타겟 설계에서, 오버레이 타겟의 인쇄에서의 수차 감응도를 최소화하기 위해 특별한 노력이 이루어져 왔다. 이것은 폭넓은 오버레이 타겟 타입 (계산) 평가를 통해 행해지며, 여기서 타겟 수차 감응도가 평가되고 랭크(rank)된다.

오버레이 타겟에 대한 수차 감응도 최소화는 오버레이 타겟 최적화 동안 최소화될 필요가 있는 비용 함수 중의 하나이다. 실제로, 최적의 오버레이 타겟 설계를 획득하기 위해 모든 최적화 비용 함수들 간의 타협이 이루어질 필요가 있다. 더욱이, 오버레이 타겟에 대한 수차 감응도의 최소화는 그 한계를 가지며, 확벽하게 감응하지 않는 오버레이 타겟은 존재하지 않는다. 이와 같이, 잔여 수차 감응도로 인한 잔여 오버레이 페널티가 항상 있을 것이다.

비대칭 포커스 감응 타겟은 단지 인터-필드(웨이퍼를 가로질러서의) 측정을 위해 사용되는 것으로 알려져 있다. 이 능력을 인트라-필드(스캐너 노광 필드에서의 슬릿을 가로질러서의) 능력으로 연장하는 것을 고려하는 당업자는 오버레이 타겟을 위해 이용되는 때에는 유사한 접근방법을 고려할 것이다: 포커스 감응 타겟의 수차 감응도의 영향을 최소화. 그러나, 포커스 감응 타겟은 폭넓은 세트의 비용 함수(포커스 감응도, 선량 비감응도, 기록 오차 비감응도, 최상의 포커스에서의 작은 비대칭성 값 등)를 이미 충족하여야 한다. 최적화 동안의 또 다른 비용 함수를 추가하는 것은 최적화를 더욱 복잡하게 만들 것이며, 보다 가능하게는 충분히 우수한 최적화된 타겟이 발견될 수 없다. 이를 요약하면, 포커스 감응 타겟의 수차 감응도는 어플리케이션 능력을 인터-필드 측정 능력까지로 제한하며, 인트라-필드 측정 능력은 이전에는 충분한 정확도로 충족되지 못하였다.

본 발명의 발명자는 이러한 포커스 감응 타겟 최적화에서 이들 포커스 감응 타겟이 수차에 대해 강한 감응도를 보일 수 있다는 것을 발견하였다. 이들은 홀수(even)(통상적으로 포커스에 관련된) 및 짝수(odd)(통상적으로 오버레이 또는 패턴 시프트에 관련된) 제르니케 항(Zernike terms) 둘 모두 쪽으로의 감응도이다. 이것은 최적화된 포커스 감응 타겟의 수차 감응도가 제공되어 있는 도 22 및 도 23에 예시되어 있다.

도 22는 가장 낮은 제르니케 항(ZT)의 선택을 위한 전형적인 포커스 감응 타겟의 계산된 수차 감응도(AS)(nm 단위의)의 그래프이다. 대응하는 "우측 돌출(right-fingered)" 포커스 감응 타겟(2202)이 삽화로 도시되어 있다.

도 23은 가장 낮은 제르니케 항(ZT)의 선택을 위한, 도 22의 포커스 감응 타겟에 대해 미러링되는 포커스 감응 타겟의 계산된 수차 감응도의 그래프이다. 대응하는 "좌측 돌출" 포커스 감응 타겟(2302)이 삽화로 도시되어 있다.

그래프에서의 막대로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 23의 미러링된 타겟 설계(2302)는 도 22의 타겟(2202)에 비하여 도시된 홀수 수차(odd aberration) ZT = Z7, Z10, Z14에 대해서는(및 또한 도시되지 않은 Z19, Z23, Z26, Z34에 대해서도) 상이한(유사한 크기이지만 반대 부호의) 수차 감응도를 제공하고, 짝수 수차(even aberration) ZT = Z4, Z5, Z9, Z12에 대해서는(및 또한 도시되지 않은 Z16, Z17, Z25, Z28, Z32, Z36에 대해서도) 동일한(동일 부호의) 수차 감응도를 제공한다.

총 홀수 수차 레벨을 확인하기 위해 이들 2개의 비대칭성 신호의 감산을 이용하는 것이 가능하다. 2개의 타겟(2202 또는 2203) 중의 단지 하나의 타겟의 비대칭성 신호의 평가는 총 (홀수 및 짝수) 수차 레벨을 제공한다. 이 예에서는, 둘 모두의 타겟을 매우 근접하게 함께 위치시키는 것이 가능하므로, 둘 모두의 타겟이 리소그래피 장치(스캐너)의 동일한 수차 레벨을 겪을 것으로 예상된다는 것에 유의하기 바란다. 그러므로, 그 결과, 수차 측정(홀수 및 총) 능력이 타겟 비대칭성의 측정을 통해 가능하게 된다.

도 24는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응 및 수차 감응 타겟(2402)을 개략적으로 예시한다. 각각의 격자의 단지 3개의 주기가 도시되어 있지만, 이것은 격자의 타입을 보여주기 위한 것에 불과하다. 패턴은 실척으로 나타내져 있지 않으며, 실제로는 더 작고, 수직 및 수평 방향으로 반복될 것이다. FSV 및 FSH로 표시된 격자는 각각 수평 방향과 수직 방향으로 라인을 갖는, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은, 포커스 감응 비대칭 격자이다. FSVM 및 FSHM으로 표시된 격자는, 각각 수평 방향과 수직 방향으로 라인을 갖는, 각각 FSV와 FSH의 미러링된 버전이다.

전술한 바와 같이, 노광 변동으로의 선량을 갖는 예에 대해, 도 16은 다크 필드 산란 측정을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 노광 변동 감응 타겟의 측정을 이용하는 방법의 흐름도이다. 도 16에 대한 이하의 설명은 노광 변동으로서 수차(선량이 아닌)를 갖고, 도 24에 예시된 바와 같은 타겟을 이용한다. 도 16 및 도 17을 참조한 이하의 설명을 위해, 단지 수직 격자만이 언급될 것이지만, Y 및 X 포커스 동작을 별도로 측정하기 위해서는 수평 격자 또한 이용될 수 있다. 본 방법의 단계는 다음과 같다:

단계 1600 : 포커스 및 수차를 함수로 하여 격자 비대칭성을 측정하거나 시뮬레이션한다. 이 측정을 용이하게 하기 위해, 포커스 및 수차 둘 모두가 스캐너와 같은 리소그래피 장치에서 조정될 수 있다. 정상적으로, 포커스(선량과 같은)는 용이하게 조정 가능하며, 제조된 웨이퍼로부터의 피드백으로 제어되는 경우가 많다. 수차 또한 조정될 수 있지만, 스캐너를 제어하기 위해 규칙적으로 조정되기보다는, 일반적으로는 수차를 감소시키기 위해 셋업 동안 최적화된다. 따라서, 덜 정확하기는 하지만(모델에서 가정이 이루어져야 하기 때문에), 물리적인 측정을 행하기 위해 스캐너 수차 설정을 변경하는 것에 비하여, 수차를 함수로 하는 비대칭성의 시뮬레이션이 더욱 합리적이 된다. 이러한 시뮬레이션의 몇몇 결과가 위에서 설명한 도 22 및 도 23의 그래프에 도시되어 있다.

단계 1602 : 포커스 감응 격자(FSV) 및 상이하게 포커스 감응하고 상이하게 수차 감응하는 격자(FSVM)를 웨이퍼 상에 형성하기 위해 리소그래피 장치를 이용하여 웨이퍼를 가공한다.

단계 1612 : 포커스 감응 격자(FSV)를 위한 교정 곡선을 결정하기 위해 수차 감응 격자(FSVM) 비대칭성을 이용한다. 이것은 총 홀수 수차 레벨을 보여주기 위해 2개의 격자의 결정된 비대칭성을 1차 감산함으로써 수행될 수 있다. 포커스 감응 격자(FSV, FSVM)를 형성하기 위해 사용된 수차 레벨(즉, 노광 변동)이 알려진 때에는, 교정 곡선을 구성하거나, 또는 FSV(또는 이와 달리 FSVM)의 비대칭성으로부터 포커스를 결정함에 있어서 사용하기 위한 모델링된 교정 곡선(단계 1600에서 획득된)을 선택하기 위해, 이 수차 레벨이 이용될 수 있다.

단계 1614 : 결정된 교정 곡선 및 포커스 감응 격자(FSV)(또는 이와 달리 FSVM) 비대칭성을 이용하여 디포커스를 결정한다.

도 17은 다크 필드 산란 측정을 이용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 도 17에 대한 이하의 설명은 노광 변동으로서의 수차를 가지며, 도 24에 예시된 바와 같은 타겟을 사용하지만, 포커스를 결정하기 위해 상이하게 격자 비대칭성을 이용한다. 단계 1600 내지 1610은 도 16(수차 노광 변동 예를 위한)을 참조하여 설명한 것과 동일하며, 아래의 단계가 후속된다:

단계 1702 : 다차원 모델에서의 수차 감응 격자(FSVM) 비대칭성 및 포커스 감응 격자(FSH) 비대칭성을 이용하여 디포커스를 결정한다. 다차원 모델은 단계 1600(수차 노광 변동 예를 위한)을 참조하여 설명한 바와 같이 시뮬레이션으로부터 획득될 수 있다.

그러므로, 본 발명의 몇몇 실시예에서는, 원래 타겟 상에서 측정된 바와 같은 실제 스캐너 디포커스 값으로부터 수차 크로스 토크 항의 영향을 디커플하기 위해 산란계 타겟쌍의 정보를 사용하도록 제안된다.

비대칭 수차 감응 타겟쌍으로부터의 정보는 이하의 방식으로 이용될 수 있다:

a) 피드 포워드 타입 어플리케이션에서는, 도 16(수차 노광 변동 예를 위한)을 참조하여 설명한 바와 같이 포커스 타겟의 정확한 교정 곡선을 선택하기 위한 입력으로서 공급하기 위해 수차 감응 타겟쌍으로부터의 정보를 이용하고, 필요한 경우 이것을 되풀이하여 반복한다.

b) 연합 최적화 방식에서는, 포커스 및 수차 정보를 추론하기 위한 다차원 모델을 생성하기 위해, 예컨대 도 7에서의 패턴(702) 및 그 미러 이미지를 이용하여 형성된 도 24에서의 FSV 및 FSVM과 같은 수차 감응 타겟쌍의 신호들을 이용한다.

도 25는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응, 수차 감응, 및 선량 감응 타겟(2502)을 개략적으로 예시한다. 도 24에 대한 것과 마찬가지로, 각각의 격자의 단지 3개의 주기가 도시되어 있지만, 이것은 격자의 타입을 나타내기 위한 것에 불과하다. FSV 및 FSVM으로 표시된 격자는 역시 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은 포커스 감응 비대칭 격자이지만, 서로에 대해 미러링되어 있다. DSV로 표시된 격자는 도 12 및 도 15를 참조하여 설명한 것과 같은 선량 감응 격자이다. DSVM으로 표시된 격자는 DSV로 표시된 격자에 대해 미러링된다.

비대칭 수차 감응 타겟쌍과 선량 감응 타겟으로부터의 정보가 포커스, 수차 및 선량 정보를 추론하기 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 도 25를 참조하면, 도 7에서의 패턴(702)을 이용하여 형성된 예컨대 도 25에서의 FSV 및 FSVM과 그 미러링된 이미지와 같은 모델링된 수차 감응 타겟쌍의 수차 신호가, 도 12에서의 패턴(1202) 또는 도 10에서의 패턴(1002)을 이용하여 형성된 예컨대 도 25에서의 DSV와 같은 모델링된 선량 감응 타겟으로부터의 신호와 함께, 수차 및 선량을 함수로 하여 포커스 교정 곡선의 세트를 시뮬레이션하거나, 또는 포커스, 수차 및 선량 정보를 추론하기 위해 다차원 모델을 생성하기 위해 이용된다.

도 24 및 도 25를 참조하여 설명한 바와 같이, 수차 감응쌍과 선량 감응 격자는 물리적으로 떨어져 있을 필요는 없다. 이들은 하나의 물리적 타겟일 수 있다. 도 16을 참조하여 설명한 바와 같은 검출 방법은 한 번의 검사 장치 통과로 수차 감응, 포커스 감응, 및 선량 감응 정보의 분리를 가능하게 한다. 이들 타겟은 예컨대 둘 모두의 타겟 구조 타입의 직교 배치(수차 감응 타겟은 수평 방향으로, 포커스 감응 타겟은 수직 방향으로)에 의해 웨이퍼 상의 단일 지점 상에 조합될 수도 있다. 이것은 퓨필 평면 검출 산란 측정 모드에 적합하다.

본 발명의 실시예에 따른 사용을 위해 산란 측정 신호를 획득하기 위해, 대안으로서 단독으로 또는 다크 필드 검출 산란 측정(도 6, 도 16 및 도 17에 대해 설명한 바와 같은)과 조합하여, 퓨필 평면 검출 산란 측정 또한 도 18 및 도 19에 예시된 바와 같이 수차를 노광 변동으로 하여 이용될 수 있다.

도 18은 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 도 18에 대한 이하의 설명은 노광 변동으로서의 수차를 가지며, 도 7에 예시된 바와 같은 언더필 타겟을 대응하는 미러링된 타겟과 함께 이용할 수 있다. 도 18에서의 단계 1600, 1602, 1612 및 1614는 도 16(수차 노광 변동 예를 위한)을 참조하여 설명한 것과 동일하다. 그러나, 단계 1604 내지 1610은 퓨필 평면 검출 단계로 대체된다:

도 19는 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 도 18(수차 노광 변동 예를 위한)에 대해서와 같이, 도 19에 대한 이하의 설명은 노광 변동으로서 수차를 가지며, 도 7에서 예시된 것과 같은 언더필 타겟을 대응하는 미러링된 타겟과 함께 이용할 수 있다. 도 19에서의 단계 1600, 1602 및 1702는 도 17(수차 노광 변동 예를 위한)을 참조하여 설명한 것과 동일하다. 그러나, 도 17(수차 노광 변동 예를 위한)과 비교하면, 단계 1604 내지 1610은 도 18(수차 노광 변동 예를 위한)을 참조하여 설명한 퓨필 평면 검출 단계 1804 및 1806으로 대체된다.

포커스 측정은 스캐너 슬릿을 가로지르는 수차를 최소화하기 위해 사용되는 것과 같은 렌즈 액추에이터 설정에 의해 정해진 최적화된 수차 설정을 갖는 노광 조건을 이용하여 리소그래피 장치에 의해 노광된 기판 상에서 수행될 수 있다. 그 결과, 전형적인 수차 변동으로부터 발생하는 수차 크로스 토크가 명백하게 될 수도 있다. 더욱이, 적어도 몇몇 수차 변동은 랜덤한 성분이 아닐 수도 있으며, 그러므로 그 자체가 대칭적 수차-대-포커스 크로스 토크 텀처럼 보일 수 있어서, 인트라-필드 디포커스 결정에서의 오차를 야기한다.

이러한 CD 균일성 최적화로부터의 적용된 수차 정정이 알려져 있으므로, 이들 수차 정정은 측정된 포커스에 미치는 수차 크로스 토크 작용을 감소시키기 위해 이용될 수 있다.

초기 교정 동안, 비대칭 포커스 타겟 구조체의, 예컨대 비대칭 측벽각(SWA) 응답과 같은, 타겟 비대칭성 응답이, 도 9의 그래프에 나타낸 데이터와 유사하지만 선량이 아닌 상이한 수차 설정에 대한 것인 포커스 및 수차를 함수로 하여 시뮬레이션된다.

비대칭 포커스 감응 타겟의 측정 동안, 예상된 수차(포커스 감응 타겟을 형성하기 위해 사용된 노광 변동에 대한 기록된 정보로부터의)가 웨이퍼 상의 노광 필드에서의 비대칭 타겟 위치에 대해 계산된다.

이 계산은 그 후 수차 크로스 토크를 최소화하기 위해 사용할 최적의 것이 되는 대응하는 교정 곡선을 찾기 위해 이용된다.

그러므로, 최종적인 보고된 포커스값이 알려진 수차 오프셋을 위해 정정되며, 이로써 포커스 측정 정확도가 증가된다.

본 방법은, 수차를 노광 변동으로 하고 있고, 그 단계 1600, 1604, 1606 및 1614가 도 16(수차 노광 변동 예를 위한)의 단계와 동일한, 도 20을 참조하여 아래와 같이 수행될 수 있다:

단계 1600 : 포커스 및 수차를 함수로 하여 격자 비대칭성을 측정한다. 이러한 측정의 결과는 도 9의 그래프에 나타낸 것과 유사하지만, 이것은 선량에 대한 것이 아닌 상이한 수차 설정에 대한 것이다.

단계 2002 : 웨이퍼 상에 포커스 감응 구조(이 예에서는 포커스 감응 격자)를 형성하기 위해 리소그래피 장치를 이용하여 웨이퍼를 가공하고, 수차에 관한 정보와 포커스 감응 격자를 형성하기 위해 사용된 포커스 정정을 기록한다.

단계 2010 : 비대칭성을 결정하기 위해 차이(-1차 측정과 +1차 측정 간의) 이미지를 계산한다.

단계 2012 : 최초의 구조를 형성하기 위해 사용된 노광 수차에 대한 정보를 수신한다. 이 예에서, 이 정보는 단계 2002에서 기록된 리소그래피 공정을 이용한 포커스 감응 구조의 생산에 적용된 수차 정정의 형태이다. 각자의 포커스 감응 격자에 대한(예컨대, 노광 필드에서의 위치를 고려하여) 기록된 수차 정정을 이용하여, 그 포커스 감응 격자를 위해 어느 교정 곡선을 선택할지를 결정한다.

단계 1614 : 결정된 교정 곡선 및 결정된 포커스 감응 격자 비대칭성을 이용하여 디포커스를 결정한다.

도 20(수차 노광 변동 예를 위한)을 참조하여 설명한 것과 유사한 본 방법은, 수차를 노광 변동으로 하고 있고, 그 모든 단계가 도 16, 도 18 및 도 20(수차 노광 변동 예를 위한)의 단계와 공통되는, 도 21에 도시된 것과 같은 퓨필 평면 검출 산란 측정을 이용하여 수행될 수 있다.

여기에서 설명된 수차 감응 타겟은 포커스 측정에서의 다른 응용을 갖는다. 수차 감응 타겟을 이용하여, 인터-필드 공정 변화(inter-field process variation)(베이크 플레이트 변화, 웨이퍼를 가로지르는 선량 변화, 레지스트 손실 등과 같은)의 모니터링 또한 가능하게 된다. 이것은 도 27 및 도 28을 참조하여 아래에 설명된다. 그러나, 먼저, 포커스 변경에 응답하여 수차 감응 타겟쌍으로부터 발생하는 레지스트의 노광을 상세하게 고려하는 것이 유용하다.

도 26은 포커스(F)를 함수로 하여 미러링된 비대칭 타겟의 레지스트 프로필 동작을 개략적으로 예시한다. 포커스 감응 타겟 패턴 FSV 및 FSVM의 노광 동안에 발생하는 에어리얼 이미지(aerial image)는 각각 외측 윤곽(2602, 2604)에 의해 둘러싸인 파선 윤곽으로 도시되어 있다. 현상 단계 후의 그 결과의 레지스트 프로필(2608, 2610)은, 에어리얼 이미지가 레지스트를 교차하는 곳에서의 레지스트의 노광으로부터 발생한다. "+"와 "-" 사이의 포커스(F)의 중심에서, 레지스트 프로필(2612, 2614)의 중력의 시프트되지 무게 중심(unshifted center of gravity)이 각각의 레지스트 프로필의 중심을 통해 수직 점선으로서 도시되어 있다. 포지티브 또는 네거티브 중의 어느 하나로의 포커스 시프트를 위해, 에어리얼 이미지는 상이한 위치에서 레지스트 층에 의해 교차되어, 포커스를 함수로 하는 상이한 레지스트 프로필 형상을 발생시킨다. 작은 수평 화살표는 포커스의 중심에 비교된 레지스트 프로필의 각자의 무게 중심의 시프트의 방향을 나타낸다. 포커스 감응 타겟 및 포커스 감응 미러링된 타겟은 서로에 대해 반전된 포커스 감응도를 갖는다는 것을 알 수 있다.

도 27은 인트라-필드 수차 변화로 발생하는 홀수 제르니케 항(odd Zernike terms)에서 비롯되는 미러링된 비대칭 타겟의 레지스트 패턴에 대한 영향을 개략적으로 예시한다. 이 예에서, 제르니케 다항식(2702)에 의해 묘사된, 홀수-세타 수차(odd-theta aberration)는 레지스트 프로필(2704, 2706)의 무게 중심의 좌측으로의 시프트를 야기한다. 따라서, 이 타입의 수차는 아래 또는 위의 다른 패터닝된 층(other underlying or overlying patterned layer)에 관련하여 오버레이에 영향을 준다. 이 시프트는 미러링에 상관없이 FSV 및 FSVM으로부터 형성되는 레지스트 패턴에 대해 동일한 방향으로 이루어진다는 것에 유의하기 바란다.

도 28은 인터-필드 프로세스 유도 변화(inter-field process-induced variation)로부터 비롯된 미러링된 비대칭 타겟의 레지스트 패턴에 대한 영향을 개략적으로 예시한다. 노광 후 베이크 및/또는 디벨로프에서의 처리 불균일성에서 비롯된 비대칭 레지스트 손실은 도 28에 도시된 바와 같은 레지스트 프로필(2802∼2808)을 야기할 수 있다. 이 예에서의 레지스트 프로필의 무게 중심의 우측으로의 시프트는 미러링에 상관없이 FSV 및 FSVM으로부터 형성되는 레지스트 패턴에 대해 동일한 방향으로 이루어진다는 것에 유의하기 바란다.

그러므로, 오버레이에 영향을 주는 타입의 수차(overlay-affecting-type aberration) 및 공정에 의해 유도된 비대칭성(process-induced asymmetry) 둘 모두가 타겟(FSV 또는 FSVM)이 미러링되는지의 여부에 상관없이 동일한 방향으로의 시프트를 발생시킨다는 것을 알 수 있다. 따라서, 미러링된 타겟을 이용하여, 오버레이에 영향을 주는 타입의 수차(인트라-필드)뿐만 아니라 공정 균일성(인터-필드)이 모니터링될 수 있다. 이 후자(인터-필드) 능력의 잠재적인 적용은 프로세스 플래그(process flag)(프로세스 아웃라이어(process outlier)를 검출하는)로서 포커스 감응 타겟의 측정과 동반할 것이다.

도 29는 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응, 수차 감응 및 오버레이 감응 타겟을 개략적으로 예시한다. 이러한 타겟은 수차를 위한 오버레이 측정치를 정정함에 있어서의 응용을 갖는다. 도 29를 참조하면, 오버레이 타겟(OV)은 FSV 및 FSM을 포함하는, 유사한 인쇄 특성(CD 및 피치)를 갖는, 수차 감응 쌍(수차 모니터) 타겟에 매우 근접하게 위치된다. OV 및 수차 감응 쌍(FSV, FSM)의 스캐너 퓨필에서의 회절 차수의 위치는 스캐너 수차에 대한 유사 감응도를 보장하기 위해 실질적으로 동일해야 한다. 이것은 오버레이 감응 및 수차 감응 쌍 타겟 둘 모두가 동일한 피치를 가져야 한다는 것을 의미한다. 이 구성에서, 오버레이 타겟의 수차 감응도로 인한 수차 유도(인트라-필드) 오버레이 페널티(aberration induced (intra-field) overlay penalty)는 감소될 수 있는 것으로 예상된다. 이 감소는 오버레이 타겟을 이용한 오버레이의 측정치에 대한, 수차 감응 쌍 타겟을 통한 스캐너의 측정된(홀수) 수차 레벨의 피드-포워드 정정을 통해 달성된다.

도 30은 다크 필드 이미지 검출 산란 측정에 적합한 조합된 포커스 감응, 수차 감응 및 선량 감응 타겟을 개략적으로 예시한다. 수차 레벨은 격자 FSV(Focus-Sensitive, Vertical line; 포커스 감응, 수직 라인) 및 DSVM(Dose-Sensitive, Vertical lines, Mirrored; 선량 감응, 수직 라인, 미러링)로부터 결정된 비대칭성을 비교함으로써 결정될 수 있다. 그러므로, 수직 라인을 위해, 조합된 타겟에서의 4개의 장소의 2개의 타겟만이 이용된다. 웨이퍼 상의 실용 영역(real estate)의 이러한 효율적인 사용은 다른 2개의 장소가 수평 라인 FSH 및 DSHM을 갖는 조합된 포커스 감응, 수차 감응 및 선량 감응 타겟을 위해 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 이 타겟이 사용될 때, 도 16 내지 도 19를 참조하여 설명된 방법이 여전히 적용되지만, 노광 변동은 수차 및 선량 둘 모두에 관련된다.

유사한 수차 감응도와 상이한 포커스 감응도를 갖는 2개의 타겟으로부터 획득된 신호의 조합을 이용하는 것은, 수차로 인한 포커스 측정 오차를 감소시키는데 도움을 줄 것이다. 이 예는 아래에서 도 31 내지 도 33을 참조하여 논의된다. 이 발상은 피드-포워드 정정 메카니즘을 통해 향상된 포커스 측정 정확도 및 향상된 오버레이 측정 정확도 둘 모두를 위해 사용되고 있는 수차 감응 타겟 쌍과 함께 이용될 수 있다.

상이한 타겟 설계의 수차 감응도가 유사하게 될 수 있다는 첫 번째 표시가 도 31 및 도 32에 예시되어 있다.

도 31 및 도 32는 2개의 상이한 타겟 설계를 위한 스캐너 슬릿 X(mm 단위의)를 가로지르는 거리를 함수로 하는 수차 유도 비대칭성 오차(aberration-induced asymmetry error)(모든 수차, 즉 홀수 수차와 짝수 수차에 대해 합산된)의 그래프이다. 여기서, 수차 유도 비대칭성 오차는 비대칭성/포커스 교정 곡선을 통해 포커스 오차(FE)(nm 단위의)로 변환된다. 도 31의 경우, 도 7에 예시된 파라미터 w1, w2 및 w3의 면에서의 타겟 치수는 각각 320, 20 및 110 nm이다. 도 32의 경우, 파라미터 w1, w2 및 w3의 면에서의 타겟 치수는 각각 290, 24 및 110 nm이다.

이들 2개의 타겟(도 31 및 도 32를 참조하여 언급한)은 인쇄된 CD와 같은 전형적인 타겟 특성은 상이하지만, 피치는 동일하다. 도 31 및 도 32에서의 그래프로부터, 슬릿을 통한 수차 유도 오차는 둘 모두의 타겟에 대해 유사하다는 것을 명확히 알 수 있다. 이 유사성은 도 31 및 도 32에 도시된 수차 유도 비대칭성 오차들(모든 수차에 대해 합산된; 홀수와 짝수) 간의 차이의 그래프를 도시하고 있는 도 33에 의해 추가로 예시되어 있다. 도 34는 각각 삼각형, 다이아몬드형, 및 사각형 마커를 갖는 도 31, 도 32 및 도 33에 대응하는 타겟에 대한 비대칭성 대 포커스의 그래프이다. 수차 유도 비대칭성 오차들 간의 차이(사각형 마커)를 이용하는 것은, 포커스에 대한 수차 신호의 더 적은 감응도를 발생시키지만, 크게 감소된 수차 감응도의 이점을 갖는다.

위에서 설명한 예시 실시예들은 포커스 값을 계산하기 위해 노광 변동의 정보와 함께 포커스 감응 타겟을 이용하는 노광 변동-정정된 회절 기반 포커스 측정(exposure-perturbation-corrected diffraction-based focus measurement)에 관한 것이다.

예시 실시예에서, 노광 변동의 정보는 상이한 포커스 감응도 및 상이한 변동 감응도를 갖는 변동 감응 타겟의 측정에 의해 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 이하의 것을 포함한다(여기서, FS는 포커스 감응 타겟이고, DS는 선량 감응 타겟이며, OV는 오버레이 감응 타겟이며, FS+FS_mirrored는 수차 감응 타겟쌍이다):

(A) 도 14 및 도 15의 타겟 및 도 16∼19의 흐름도를 참조하여 예시된 바와 같은, 선량 정정된 회절 기반 포커스 측정을 위한 FS + DS(상이한 포커스 감응도 및 상이한 선량 감응도).

(B) 도 7의 타겟과 도 20 및 도 21의 흐름도를 참조하여 예시된 바와 같은, 선량 정정된 회절 기반 포커스 측정을 위한 FS + 스캐너 선량 설정.

(C) 도 24의 타겟과 도 16∼19의 흐름도를 참조하여 예시된 바와 같은, 인트라-필드 회절 기반 포커스 측정을 허용하는, 수차 정정된 회절 기반 포커스 측정을 위한 FS + FS_mirrored(반전된 포커스 감응도 및 상이한 수차 감응도).

(D) 도 25의 타겟과 도 16∼19의 흐름도를 참조하여 예시된 바와 같은, 수차 및 선량 정정된 회절 기반 포커스 측정을 위한 DS + FS + FS_mirrored(반전된 포커스 감응도 및 상이한 수차 감응도).

(E) 도 30의 타겟을 참조하여 예시된 바와 같은, 수차 및 선량 정정된 회절 기반 포커스 측정을 위한 FS + DS_mirrored(상이한 포커스 감응도, 상이한 수차 감응도, 및 상이한 선량 감응도).

(F) 도 7의 타겟과 도 20∼21의 흐름도를 참조하여 예시된 바와 같은, 수차 정정된 회절 기반 포커스 측정을 위한 FS + 스캐너 수차(렌즈 액추에이터) 설정.

(G) 도 24의 타겟을 참조하여 예시된 바와 같은, 제품 상의 수차 모니터링(on-product aberration monitoring)을 위한 FS + FS_mirrored(반전된 포커스 감응도 및 상이한 수차 감응도).

(H) 도 29의 타겟을 참조하여 예시된 바와 같은, 수차 정정된 회절 기반 오버레이 측정을 위한 OV + FS + FS_mirrored(반전된 포커스 감응도 및 상이한 수차 감응도).

(I) 도 24의 타겟을 참조하여 예시된 바와 같은, 인트라-필드 프로세스 변화를 모니터링하기 위한(및 회절 기반 포커스 측정을 위한 프로세스 플래그로서의) FS + FS_mirrored(반전된 포커스 감응도 및 상이한 "수차와 같은 프로세스 유도된 비대칭성" 감응도).

(J) 도 31∼34를 참조하여 예시된 바와 같은, 향상된 (수차-비감응) 회절 기반 포커스 측정을 위한 FS + FS_mirrored(반전된 포커스 감응도 및 유사한 수차 감응도).

비대칭성을 결정하기 위해 전술한 실시예에서는 1차 회절 차수 세기 신호 차이가 이용되었지만, 비대칭성 정보는 더 높은 회절 차수에서도 나타나게 된다. 포커스와 비대칭성 간의 명확한 관계를 제공하는 어떠한 산란계 신호 발생 및 처리도 적합할 것이다. 본 발명의 실시예는 따라서 1차 산란 측정 신호 차이를 이용하는 것으로 한정되지 않는다.

일례의 실시예는 포커스 측정 정확도를 향상시키고, 타겟 설계에 대한 제약을 감소시킨다(선량 크로스 토크에 대한 비용 함수를 최소화할 시의 요건을 완화시킴). 더욱이, 실시예에서, 스캐너 선량 및/또는 수차가 결정될 수 있으며, 이와 동시에 스캐너 포커스 정확도를 향상시킬 수 있다. 실제로, 이들 선량 및 수차 감응 타겟은 웨이퍼 상의 소수의 포인트에서만 측정될 수 있다.

수차 감응 타겟을 이용하는 일례의 실시예는 이하의 것을 야기한다:

각도 분해 산란계(angular resolved scatterometer)와 함께 수행될 때에, OV 측정의 향상된 정확도;

오버레이 타겟의 수차 비감응도를 위한 비용 함수 요건의 완화;

스캐너의 총 수차 레벨의 스캐너 모니터링 능력(제품 상에서의(on-product)), 그러므로 장애 검출을 용이하게 함;

수차 감응 타겟의 모니터링을 통한 포커스 측정 정확도에 미치는 공정 변경(인터-필드)의 모니터링;

간접적으로는 수차 감응 타겟을 통한, 인쇄된 오버레이 타겟(레지스트에 인쇄된 제2 층)의 비대칭성의 모니터링;

전반적으로, 전용의 수차 감응 측정을 통한 레지스트 내의 인쇄된 구조체의 비대칭성(변화, 편위(excursion))의 모니터링. 비대칭성은 수차, 공정 변화 등과 같은 다양한 소스에서 비롯될 수 있음; 및

인트라-필드 포커스 측정쪽으로 능력을 확장하는, 포커스 측정 정확도의 향상.

위에서는 광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것을 구체적으로 언급하였을 수도 있지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 어플리케이션에도 이용될 수 있으며, 문맥이 허용하는 곳에서는 광학 리소그래피로 한정되지 않는다. 임프린트 리소그래피에서는, 패터닝 장치에서의 토포그래피가 기판 상에 생성되는 패턴을 규정한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급되는 레지스트의 층으로 프레스될 수 있으며, 그러므로 이 레지스트가 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 장치가 레지스트에서 멀어지게 이동됨에 따라 레지스트에 패턴이 잔류하게 되며, 그 후 레지스트가 경화된다.

본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장 또는 그 부근의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5∼20 nm 범위의 파장을 가짐)뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선을 포괄한다.

문맥이 허용하는 곳에서의 "렌즈"라는 표현은 굴절성, 반사성, 자기성, 전자기성, 및 정전성 광학 요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은, 과도한 실험없이도 본 발명의 전반적인 개념에서 벗어나지 않고서, 당해 기술 분야에서의 지식을 적용함으로써 이러한 특정 실시예와 같은 다양한 응용예를 위해 용이하게 수정되거나 및/또는 적합화될 수 있는 본 발명의 전반적인 본질을 전체적으로 보여줄 것이다. 따라서, 이러한 적합화 및 수정은, 본 명세서에서 제공된 교시 및 지침에 기초하여, 개시된 실시예의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 것이라 할 수 있다. 또한, 본 명세서의 어법 및 용어는 일례로서 기술하기 위한 것이며, 본 명세서의 용어 및 어법이 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 이해되어야 하는 것으로 한정되지 않는다.

본 발명의 요지 및 범위는 전술한 예시 실시예의 어떠한 것에 의해서도 한정되지 않고, 이하의 청구범위 및 그 등가 구성에 따라서만 정해져야 한다.

Claims

기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법에 있어서,
(a) 리소그래피 공정을 사용하여 형성되는 제1 구조체 및 제2 구조체를 포함하는 기판을 수용하는 단계;
(b) 제1 산란계 신호(first scatterometer signal) 및 제2 산란계 신호를 획득하기 위해 상기 제1 구조체 및 제2 구조체를 방사선으로 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
(c) 상기 기판에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동(exposure perturbation)에 좌우되는 비대칭성(asymmetry)을 갖는 프로필을 구비하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 상기 제1 구조체의 측정된 비대칭에 기초하여, 그리고 상기 기판에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 형태를 갖는 프로필을 구비하지만 상기 기판에서의 리소그래피 장치의 포커스에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하고 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 대해 반대 부호의 감응도(sensitivity) 크기를 가짐으로써 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 상기 제2 구조체의 특성에 기초하여, 그리고 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동의 정보에 기초하여, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호 및 제2 산란계 신호를 사용하는 단계
를 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 노광 변동은 노광 선량(exposure dose)을 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 노광 변동은 수차(aberration)를 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 미러링되며, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제2 산란계 신호를 사용하는 단계는, 상기 제1 산란계 신호와 상기 제2 산란계 신호 신호 간의 차를 사용하는 단계를 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 구비하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 상기 제1 구조체를 상기 기판 상에 형성하기 위해 리소그래피 공정을 사용하는 단계와, 상기 기판 상의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 형태를 갖는 프로필을 구비하지만, 상기 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하고, 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 상기 제2 구조체를 상기 기판 상에 형성하기 위해 리소그래피 공정을 사용하는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체를 형성하기 위해 리소그래피 공정을 사용하는 단계들은 동시에 수행되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체를 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계들은, 이미지 평면 검출 산란 측정(image plane detection scatterometry)을 사용하여 수행되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체를 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계들은, 퓨필 평면 검출 산란 측정(pupil-plane detection scatterometry)을 사용하여 수행되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체를 조명하는 동안 산란된 방사선을 검출하는 단계들은 동시에 수행되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 산란계 신호 및 상기 제2 산란계 신호는, 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖고, 포커스 값을 결정하기 위해 사용되는 상기 제2 산란계 신호에서 비대칭성 정보를 발생시키는, 프로필을 구비하는 상기 제2 구조체의 하나 이상의 특징부에 기초하여, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 사용되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호 및 상기 제2 산란계 신호를 사용하는 단계는, 상기 제1 산란계 신호를 사용하여 포커스 값을 결정하는데 사용하기 위한 교정 곡선(calibration curve)을 선택하기 위해 상기 제2 산란계 신호를 사용하는 단계를 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호 및 상기 제2 산란계 신호를 사용하는 단계는, 상기 제1 산란계 신호 및 상기 제2 산란계 신호에 관련된 파라미터를 갖는 모델을 사용하는 단계를 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동 값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동에 대한 정보는, 리소그래피 공정을 사용한 상기 제1 구조체의 형성에 적용되는 노광 변동 정정(exposure perturbation corrections)을 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호를 사용하는 단계는, 상기 제1 산란계 신호를 사용하여 포커스 값을 결정하는데 사용하기 위한 교정 곡선을 선택하기 위해 상기 노광 변동에 대한 수신된 정보를 사용하는 단계를 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스에 대한 정보를 수신하는 단계와, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값의 결정에 상기 포커스에 대한 수신된 정보를 사용하는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스에 대한 상기 정보는, 리소그래피 공정을 사용한 상기 제1 구조체의 형성에 적용되는 포커스 정정(focus corrections)을 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법.
기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치에 있어서,
기판 상의 리소그래피 공정을 사용하여 형성된 제1 구조체 및 제2 구조체를 방사선으로 조명하도록 구성된 조명 시스템;
제1 산란계 신호 및 제2 산란계 신호를 획득하기 위해 상기 제1 구조체 및 제2 구조체에 대한 조명으로 발생하는 산란된 방사선을 검출하도록 구성된 검출 시스템; 및
상기 기판에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 구비하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 상기 제1 구조체의 측정된 비대칭에 기초하여, 그리고 상기 기판에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 형태를 갖는 프로필을 구비하지만 상기 기판에서의 리소그래피 장치의 포커스에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하고 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 대해 반대 부호의 감응도 크기를 가짐으로써 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 상기 제2 구조체의 특성에 기초하여, 그리고 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동의 정보에 기초하여, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호 및 제2 산란계 신호를 사용하도록 구성된 프로세서
를 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제20항에 있어서,
상기 노광 변동은 노광 선량을 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제20항에 있어서,
상기 노광 변동은 수차를 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
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제20항에 있어서,
상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 미러링되며, 상기 프로세서는 상기 제1 산란계 신호와 상기 제2 산란계 신호 신호 간의 차를 사용함으로써 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호 및 상기 제2 산란계 신호를 사용하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제20항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 제1 산란계 신호를 사용하여 포커스 값을 결정하는데 사용하기 위한 교정 곡선을 선택하기 위해 상기 제2 산란계 신호를 사용함으로써 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호 및 상기 제2 산란계 신호를 사용하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제25항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 제1 산란계 신호 및 상기 제2 산란계 신호에 관련된 파라미터를 갖는 모델을 사용함으로써 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호 및 상기 제2 산란계 신호를 사용하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제20항에 있어서,
상기 프로세서는 또한 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동 값을 결정하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세서는 또한 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 노광 변동에 대한 정보를 수신하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제28항에 있어서,
상기 프로세서는 또한 리소그래피 공정을 사용한 상기 제1 구조체의 형성에 적용되는 노광 변동 정정을 포함하는 정보를 수신하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제28항에 있어서,
상기 프로세서는, 또한, 상기 제1 산란계 신호를 사용하여 포커스 값을 결정하는데 사용하기 위한 교정 곡선을 선택하기 위해 상기 노광 변동에 대한 수신된 정보를 사용함으로써 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값을 결정하기 위해 상기 제1 산란계 신호를 사용하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제28항에 있어서,
상기 프로세서는, 또한, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스에 대한 정보를 수신하고, 상기 제1 구조체를 형성하기 위해 사용되는 포커스 값의 결정에 상기 포커스에 대한 수신된 정보를 사용하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
제31항에 있어서,
상기 프로세서는 또한 리소그래피 공정을 사용한 상기 제1 구조체의 형성에 적용되는 포커스 정정을 포함하는 정보를 수신하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 검사 장치.
기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위해 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법과 함께 사용되는 패터닝 장치로서, 상기 패터닝 장치는 타겟 패턴을 포함하며, 상기 타겟 패턴이,
상기 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 구비하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 제1 구조체를, 리소그래피 공정을 사용하여 형성하도록 구성된 제1 서브-패턴; 및
상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 형태를 갖는 프로필을 구비하지만, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하고, 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 제2 구조체를, 리소그래피 공정을 사용하여 형성하도록 구성된 제2 서브-패턴
을 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 패터닝 장치.
제33항에 있어서,
상기 제2 서브-패턴은 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 구비하는, 상기 제2 구조체의 하나 이상의 특징부를 형성하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 패터닝 장치.
기판 상에서의 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위해 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법과 함께 사용되는 기판으로서, 상기 기판은 타겟을 포함하며, 상기 타겟이,
상기 기판 상에서의 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 구비하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 제1 구조체를, 리소그래피 공정을 사용하여 형성하도록 구성된 제1 서브-패턴; 및
상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스 및 노광 변동에 좌우되는 형태를 갖는 프로필을 구비하지만, 상기 기판 상에서의 상기 리소그래피 장치의 포커스에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하고, 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 대해 상기 제1 구조체와는 상이하게 감응하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 제2 구조체를, 리소그래피 공정을 사용하여 형성하도록 구성된 제2 서브-패턴
을 포함하는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 기판.
제35항에 있어서,
상기 제2 서브-패턴은 상기 리소그래피 장치의 노광 변동에 좌우되는 비대칭성을 갖는 프로필을 구비하는, 상기 제2 구조체의 하나 이상의 특징부를 형성하도록 구성되는, 리소그래피 장치의 포커스를 결정하기 위한 기판.
디바이스 패턴이 리소그래피 공정을 사용하여 일련의 기판에 적용되는 디바이스 제조 방법으로서, 상기 방법은, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 방법을 사용하여 상기 기판 중의 하나 이상의 기판을 사용하여 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 단계와, 상기 포커스를 결정하는 방법의 결과에 따라 그 이후의 기판을 위한 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함하는, 디바이스 제조 방법.