KR20220037505A - 메트롤로지 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서에는 패터닝 공정과 연관된 오버레이 측정치를 획득하기 위한 시스템 및 기판과 연관된 오버레이 측정치를 결정하는 방법이 설명된다. 오버레이 측정치를 결정하기 위한 방법은 리소그래피 패터닝 공정에서 사용될 수 있다. 상기 방법은 간섭성 빔을 사용하여 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴을 조명함으로써 회절 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 회절 신호에 기반하여 간섭 패턴을 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 간섭 패턴에 기반하여 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정치를 결정하는 단계를 더 포함한다.

Description

메트롤로지 시스템 및 방법

본 출원은 2019년 8월 30일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 62/894,116의 우선권을 주장하며, 그 전문은 본원에 참고로서 포함된다.

본 명세서의 설명은 일반적으로 리소그래피 공정에서 오버레이 측정을 위한 개선된 메트롤로지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판, 일반적으로 기판의 타겟부에 적용하는 기계이다. 리소그래피 장치는 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그 예에서, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라고 하는 패터닝 디바이스는 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나의 다이 또는 여러 다이를 포함함)로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 일반적으로 기판에 제공된 방사선 민감성 재료(레지스트) 층으로의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 리소그래피 장치에 의해 한 번에 하나의 타겟부로 패턴이 연속적으로 전사되는 복수의 인접한 타겟부를 포함한다. 일 유형의 리소그래피 장치에서, 전체 패터닝 디바이스 상의 패턴은 한번에 하나의 타겟부로 전사되며; 이러한 장치를 일반적으로 스테퍼(stepper)라고 지칭한다. 일반적으로 스텝 앤 스캔 장치(step-and-scan)라고 하는 지칭하는 다른 장치에서, 투영 빔은 이 기준 방향에 평행하거나 역평행한 기판을 동기적으로 이동하면서 주어진 기준 방향("주사" 방향)으로 패터닝 디바이스를 스캔한다. 또한, 패턴을 기판 상에 인쇄함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사하는 것이 가능하다.

리소그래피 및 기타 패터닝 공정 기술의 발전으로, 기능적 요소의 치수는 지속적으로 감소된 반면, 디바이스당 트랜지스터와 같은 기능적 요소의 양은 수십 년에 걸쳐 꾸준히 증가해 왔다. 한편, 오버레이, 임계 치수(CD) 등의 측면에서 정확도 요구 사항은 점점 더 엄격해지고 있다. 오버레이 오차, CD 오차 등의 오차는 패터닝 공정에서 필연적으로 발생한다. 예를 들어, 이미징 오차는 광학 수차, 패터닝 디바이스 가열, 패터닝 디바이스 오차, 및/또는 기판 가열로부터 생성될 수 있으며, 예를 들어 오버레이, CD 등의 측면에서 특성화될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 에칭, 현상, 베이킹 등과 같은 패터닝 공정의 다른 부분에서 오차가 발생할 수 있고, 유사하게 예를 들어 오버레이, CD 등의 측면에서 특성화될 수 있다. 오차는 장치의 기능 장애 또는 기능 장치의 하나 이상의 전기적 문제를 포함하는, 장치의 기능 측면에서 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 이러한 오차 중 하나 이상을 특성화하고 이러한 오차 중 하나 이상을 감소 또는 최소화하기 위해 패터닝 공정의 설계, 수정, 제어 등을 위한 단계를 수행 가능한 것이 바람직하다.

본 발명은 전술된 다양한 문제를 다룬다. 제1 양태에서, 본 발명은 리소그래피 공정에서 상부 층 상의 제1 오버레이 패턴과 하부 층 상의 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정을 결정하는 개선된 방법을 제공한다. 오버레이 측정은 마이크로미터 스케일, 나노미터 스케일 또는 서브-나노미터 스케일일 수 있다.

본 발명은 리소그래피 공정에서 오버레이 측정을 위한 광학 시스템의 설계에 있어서 많은 개선점을 제시한다(예를 들어, 광학 시스템에 퓨필 카메라의 추가, 광학 시스템에서 간섭성 광원 사용 등). 본 발명은 또한 리소그래피 공정에서 오버레이 측정을 개선하기 위한 기판 상의 상부 층 및 하부 층 상의 유사한 정렬 마크의 설계를 제시한다.

일 실시예에서, 본 발명은 기판과 연관된 오버레이 측정치를 결정하는 방법을 제시하며, 방법은 간섭성 빔을 사용하여 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴(제1 오버레이 패턴은 기판의 제1 층 상에 배치되고, 제2 오버레이 패턴은 기판의 제2 층 상에 배치됨)을 조명함으로써 회절 신호를 생성하는 단계; 회절 신호에 기반하여 간섭 패턴을 획득하는 단계; 및 간섭 패턴에 기반하여, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정치를 결정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 간섭 패턴을 획득하는 방법을 제시하며, 방법은 제1 오버레이 패턴으로부터 회절된 제1 회절 신호를 획득하는 단계; 제2 오버레이 패턴으로부터 회절된 제2 회절 신호를 획득하는 단계; 퓨필 평면에서 제1 회절 신호와 제2 회절 신호를 중첩하는 단계; 및 중첩된 회절 신호에 기반하여 퓨필 평면에서 간섭 패턴을 생성하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정을 결정하는 방법을 포함하며, 방법은 간섭 패턴의 제1 간섭 무늬와 연관된 제1 위치를 획득하는 단계(제1 간섭 무늬는 회절 신호의 0이 아닌 양의 차수의 회절과 연관됨); 간섭 패턴의 제2 간섭 무늬와 연관된 제2 위치를 획득하는 단계(제2 간섭 무늬는 회절 신호의 0이 아닌 음의 차수의 회절과 연관됨); 및 간섭 패턴과 연관된 제1 위치 및 제2 위치에 기반하여, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 기판과 연관된 오버레이 측정을 결정하는 방법을 포함하며, 방법은 프로세서를 통해 오버레이 측정이 오버레이 임계값(임계값은 패터닝 공정의 수율과 연관됨)을 위반하는지 여부를 결정하는 단계; 및 임계값의 위반에 응답하여, 인터페이스를 통해 패터닝 공정을 조정하라는 경고를 제공하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 프로세서를 통해, 오버레이 측정이 오버레이 임계값을 위반하는지 여부를 결정하는 단계; 임계값의 위반에 응답하여, 오버레이 측정이 최소화되도록 패터닝 공정에 사용된 패터닝 장치의 하나 이상의 파라미터를 조정하는 단계; 제2 층의 제거 공정을 수행하는 단계; 및 제2 층의 제거 공정 이후, 패터닝 장치의 조정된 하나 이상의 파라미터를 사용하여 기판 상의 제1 층 위에 새로운 층을 패터닝하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에서, 본 발명은 패터닝 공정과 연관된 오버레이 측정을 획득하기 위한 시스템을 제시하고, 시스템은 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴(제1 오버레이 패턴은 기판의 제1 층 상에 배치되고, 제2 오버레이 패턴은 기판의 제2 층 상에 배치되고, 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 조명이 회절 신호를 생성함)을 조명하기 위한 간섭성 빔을 생성하도록 구성된 간섭성 빔 생성기; 회절 신호를 검출하고 회절 신호로부터 간섭 패턴을 생성하도록 구성된 검출기; 및 간섭 패턴에 기반하여 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 명령어들이 기록된 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 명령어들은 컴퓨터에 의해 실행될 때 청구범위에 나열된 방법들을 구현한다.

본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 명세서에 개시된 대상의 특정 양태를 나타내고, 설명과 함께 개시된 실시예와 관련된 원리의 일부를 설명하는 데 도움이 될 것이다. 도면에서,
도 1은 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한다.
도 2a는 일 실시예에 따른, 도 1의 장치에서의 측정 및 노광 프로세스를 개략적으로 도시한다.
도 2b는 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시한다.
도 3a는 특정 조명 모드를 제공하는 조명 어퍼처의 제1 쌍을 사용하는 실시예에 따라 타겟을 측정하는 데 사용하기 위한 측정 장치의 개략도이다.
도 3b는 주어진 조명 방향에 대한 타겟의 회절 스펙트럼의 개략적인 상세도이다.
도 3c는 회절 기반 오버레이 측정을 위한 측정 장치를 사용할 때 추가 조명 모드를 제공하는 조명 어퍼처의 제2 쌍의 개략도이다.
도 3d는 회절 기반 오버레이 측정을 위한 측정 장치를 사용할 때 추가 조명 모드를 제공하는 제1 쌍의 어퍼처와 제2 쌍의 어퍼처를 결합한 제3 조명 어퍼처 쌍의 개략도이다.
도 4는 다중 주기 구조(multiple periodic structure) 타겟의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽을 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 3의 장치에서 획득된 도 4의 타겟의 이미지를 개략적으로 도시한다.
도 6은 예시적인 메트롤로지 장치 및 메트롤로지 기술을 개략적으로 도시한다.
도 7은 예시적인 메트롤로지 장치를 개략적으로 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 오버레이 패턴을 조명하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 9a는 일 실시예에 따른, 유사한 피처의 격자를 갖는 정렬 마크의 오버레이 측정을 개략적으로 예시한다.
도 9b는 일 실시예에 따른, 상이한 층 상의 격자를 갖는 정렬 마크의 오버레이 측정을 개략적으로 예시한다.
도 9c는 일 실시예에 따른 퓨필 평면 상에 간섭 패턴을 생성한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 9d는 일 실시예에 따른, 예를 들어, 퓨필 평면(위상 = 1.5π)에서 웨이퍼로부터 회절된 광과 같은 퓨필 평면 상의 회절 신호의 2개의 상이한 회절 차수로부터 간섭 패턴의 위치의 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 10a는 일 실시예에 따른, 기판의 제거 프로세스 및 오버레이 측정을 결정하는 프로세스 흐름의 예시적인 방법을 도시한다.
도 10b는 일 실시예에 따른, 임계값을 위반하는 오버레이 값을 갖는 레지스트 층을 사용하는 증착 프로세스의 프로세스 흐름을 도시한다.
도 10c는 일 실시예에 따른, 임계값 내의 오버레이 값을 갖는 레지스트 층을 사용하는 증착 프로세스의 프로세스 흐름을 도시한다.
도 10d는 일 실시예에 따른, 회절 신호에 기반하여 간섭 패턴을 획득하는 예시적인 방법을 도시한다.
도 10e는 일 실시예에 따른, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정을 결정하는 예시적인 방법을 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른, 본원에 설명된 방법들 중 일부를 수행하는데 사용하기 위한 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 다른 리소그래피 투영 장치(LPA)의 개략도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치의 상세도이다.
도 14는 일 실시예에 따른, 리소그래피 투영 장치(LPA)의 소스 컬렉터 모듈(SO)의 상세도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하며, 도면은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 본 발명의 예시적인 예로서 제공된다. 특히, 아래의 도면 및 예는 본 발명의 범위를 단일 실시예로 제한하는 것을 의미하지 않지만, 설명되거나 도시된 요소의 일부 또는 전부의 교환을 통해 다른 실시예가 가능하다. 또한, 본 발명의 특정 구성요소가 공지된 구성요소를 사용하여 부분적으로 또는 완전히 구현될 수 있는 경우, 본 발명의 이해를 위해 필요한 그러한 공지된 구성요소의 부분만이 설명될 것이고, 그러한 공지된 구성요소의 다른 부분에 대한 상세한 설명은 발명을 모호하게 하지 않기 위해 생략된다. 소프트웨어로 구현되는 것으로 설명된 실시예는 이에 제한되어서는 안 되며, 본 명세서에 달리 명시되지 않는 한, 하드웨어, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현되는 실시예를 포함할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 본 명세서에서, 단일 구성요소를 나타내는 실시예는 제한적인 것으로 간주되어서는 안 되며; 오히려, 본 개시는 본 명세서에서 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 복수의 동일한 구성요소를 포함하는 다른 실시예를 포함하도록 의도되며, 그 반대도 마찬가지이다. 또한, 출원인은 명시적으로 명시되지 않는 한 명세서 또는 청구범위의 용어가 일반적이지 않거나 특수한 의미로 간주되는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 개시는 예시로서 여기에서 언급된 공지된 구성요소에 대한 현재 및 미래의 공지된 등가물을 포함한다.

IC의 제조에 대해 본 명세서에서 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본원의 설명이 많은 다른 가능한 응용예를 갖는다는 것을 명백히 이해해야 한다. 예를 들어, 집적 광학 시스템, 자구 메모리, 액정 디스플레이 패널, 박막 자기 헤드 등에 대한 안내 및 검출 패턴의 제조에 사용될 수 있다. 본 명세서에서 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 사용은 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부"와 같이 보다 일반적인 용어와 상호 교환 가능한 것으로 간주되어야 한다.

본 문서에서 용어 "방사선" 및 "빔"은 가시광선(예를 들어, 400 내지 780nm 범위의 파장 λ를 가짐), 자외선(UV) 방사선(예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장 λ를 가짐), 극자외선(EUV 또는 소프트 X-선) 방사선(예를 들어, 5-20 nm 범위, 예를 들어 13.5 nm의 파장을 가짐), 또는 5 nm 미만에서 작동하는 하드 X선, 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선을 포함한다. 일반적으로, 약 780-3000 nm(또는 그 이상) 사이의 파장을 갖는 방사선은 IR 방사선으로 간주된다. UV는 약 100-400 nm의 파장을 갖는 방사선을 나타낸다. 리소그래피 내에서 "UV"라는 용어는 G-라인 436nm; H-라인 405nm; 및/또는 약 100-200 nm의 파장을 갖는 방사선을 지칭하는 I-라인 365 nm 진공 UV 또는 VUV(예: 공기에 의해 흡수된 UV)등의, 수은 방전 램프에 의해 생성될 수 있는 파장에도 적용된다. Deep UV(DUV)는 일반적으로 126 nm 내지 428 nm 범위의 파장을 갖는 방사선을 지칭하며, 일 실시예에서, 엑시머(excimer) 레이저는 리소그래피 장치 내에서 사용되는 DUV 방사선을 생성할 수 있다. 예를 들어, 5-20 nm 범위의 파장을 갖는 방사선은 특정 파장 대역을 갖는 방사선에 관한 것으로, 그 중 적어도 일부는 5-20 nm 범위에 있음을 이해해야 한다.

패터닝 디바이스는 하나 이상의 디자인 레이아웃을 포함하거나 형성할 수 있다. 디자인 레이아웃은 CAD(컴퓨터 지원 설계) 프로그램을 사용하여 생성할 수 있으며 이 프로세스를 종종 EDA(전자 설계 자동화)라고 한다. 대부분의 CAD 프로그램은 기능적인 디자인 레이아웃/패터닝 디바이스를 만들기 위해 기결정된 디자인 규칙 집합을 따른다. 이러한 규칙은 처리 및 디자인 제한에 의해 설정된다. 예를 들어, 디자인 규칙은 장치(예: 게이트, 커패시터 등) 또는 라인이 바람직하지 않은 방식으로 서로 상호 작용하지 않도록 하기 위해 장치 또는 상호 연결 라인 사이의 공간 허용 오차를 규정한다. 디자인 규칙 제한 중 하나 이상을 "임계 치수"(CD)라고 지칭할 수 있다. 장치의 임계 치수는 라인이나 구멍의 가장 작은 너비 또는 두 라인 또는 두 구멍 사이의 가장 작은 공간으로 정의할 수 있다. 따라서 CD는 디자인된 장치의 전체 크기와 밀도를 결정한다. 물론, 장치 제작의 목표 중 하나는 (패터닝 디바이스를 통해) 기판에 본래의 디자인 의도를 충실하게 재현하는 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "마스크" 또는 "패터닝 장치"는 입사 방사선 빔을 기판의 타겟 부분에 생성될 패턴에 해당하는 패터닝된 단면을 부여하는 데 사용할 수 있는 일반적인 패터닝 장치를 나타내는 것으로 광범위하게 해석될 수 있고, 이 맥락에서 "광 밸브"라는 용어도 사용할 수 있다. 종래의 마스크(투과형 또는 반사형, 바이너리, 위상 시프팅, 하이브리드 등) 외에도, 이러한 다른 패터닝 디바이스의 예에는 프로그래밍 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 어레이가 포함된다.

프로그래밍 가능한 미러 어레이의 예는 점탄성 제어 층 및 반사 표면을 갖는 매트릭스-어드레서블(matrix-addressable) 표면일 수 있다. 이러한 장치의 기본 원리는 (예를 들어) 반사 표면의 어드레싱된 영역이 입사 방사선을 회절 방사선으로 반사하는 반면 어드레싱되지 않은 영역은 입사 방사선을 회절 방사선으로 반사한다는 것이다. 적절한 필터를 사용하여 회절된 방사선만 뒤에 남겨두고 반사된 빔에서 회절되지 않은 방사선을 걸러낼 수 있다. 이러한 방식으로, 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 매트릭스 어드레싱은 적절한 전자 수단을 사용하여 수행할 수 있다.

프로그램 가능한 LCD 어레이의 예는 미국 특허 번호 5,229,872에 제시되어 있으며, 이는 본 명세서에 참고로 포함된다.

도 1은 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 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 각각 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 각각 연결되는 2 개의 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa 및 WTb); 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 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다. 기준 프레임(reference frame: RF)이 다양한 구성요소들을 연결하고, 패터닝 디바이스 및 기판 및 이들 상의 피처들의 위치들을 설정하고 측정하는 기준의 역할을 한다.

조명 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 지지체(MT)는 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 지지체(MT)는, 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 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 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.

본 명세서에 도시된 바와 같이, 장치는 (예를 들어, 투과 패터닝 디바이스를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 또한, "패터닝 디바이스"라는 용어는 이러한 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 제어하는 데 사용하기 위한 패턴 정보를 디지털 형태로 저장하는 디바이스를 언급하는 것으로 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 적어도 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.

작동 시, 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, 사용 시 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.

일루미네이터(IL)는, 예를 들어 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD), 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)를 포함할 수 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(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WTa 또는 WTb)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 1보다 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 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다. 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 다른 타입들의 리소그래피 장치 및 작동 모드들이 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려져 있다. 소위 "마스크 없는(maskless)" 리소그래피에서는, 프로그래밍 가능한 패터닝 디바이스가 정지 상태로 유지되지만 변화하는 패턴을 가지며, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다.

또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.

리소그래피 장치(LA)는 2 개의 기판 테이블들(WTa, WTb), 및 기판 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션(EXP) 및 측정 스테이션(MEA) - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩되고 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 이는 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 높이 윤곽들을 매핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 기준 프레임(RF)에 대해 두 스테이션들에서 기판 테이블의 위치들이 추적될 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 구성들이 알려져 있고, 나타낸 듀얼-스테이지 구성 대신에 이용가능하다. 예를 들어, 기판 테이블 및 측정 테이블이 제공되는 다른 리소그래피 장치들이 알려져 있다. 이들은 준비작업 측정들을 수행하는 경우에 함께 도킹(dock)되고, 그 후 기판 테이블이 노광을 거치는 동안에 도킹해제(undock)된다.

도 2a는 도 1의 이중 스테이지 장치에서 기판(W) 상의 타겟부(예를 들어, 다이)을 노광하는 단계를 포함하는 도 1의 장치에서의 측정 및 노광 공정을 개략적으로 도시한다. 좌측의 점선 박스 내에는 측정 스테이션(MEA)에서 수행되는 단계들이 있는 한편, 우측은 노광 스테이션(EXP)에서 수행되는 단계들을 나타낸다. 때에 따라, 앞서 설명된 바와 같이, 기판 테이블들(WTa, WTb) 중 하나는 노광 스테이션에 있는 한편, 다른 테이블은 측정 스테이션에 있을 것이다. 이 설명을 위해, 기판(W)이 이미 노광 스테이션으로 로딩되었다고 가정된다. 단계 200에서, 새로운 기판(W')이 도시되지 않은 메카니즘에 의해 장치로 로딩된다. 이 두 기판들은 리소그래피 장치의 스루풋을 증가시키기 위해 병렬로(in parallel) 처리된다.

새로-로딩된 기판(W')을 우선 참조하면, 이는 앞서 처리되지 않은 기판으로서, 장치에서 제 1 노광(first time exposure)을 위해 새로운 포토 레지스트와 준비될 수 있다. 하지만, 일반적으로, 설명되는 리소그래피 공정은 일련의 노광 및 처리 단계들에서의 단지 하나의 단계일 것이므로, 기판(W')이 이미 여러 번 이 장치 및/또는 다른 리소그래피 장치들을 거쳤고, 겪어야 할 후속한 공정들도 가질 수 있다. 특히, 오버레이 성능을 개선하는 목적을 위해, 작업은 패터닝 및 처리의 1 이상의 사이클을 이미 거친 기판 상의 올바른 위치에 새로운 패턴들이 적용될 것을 보장하여야 한다. 이러한 처리 단계는 만족스러운 오버레이 성능을 달성하기 위해 측정되고 및 보정될 수 있는 기판의 왜곡을 점진적으로 도입한다.

이전 및/또는 후속 패터닝 단계는 언급된 바와 같이 다른 리소그래피 장치들에서 수행될 수 있고, 심지어 상이한 타입들의 리소그래피 장치에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 분해능 및 오버레이와 같은 파라미터들에 있어서 매우 요구가 많은 디바이스 제조 공정에서의 몇몇 층들은 요구가 덜한 다른 층들보다 더 고급 리소그래피 툴에서 수행될 수 있다. 그러므로, 몇몇 층들은 침지 타입 리소그래피 툴에서 노광될 수 있는 한편, 다른 층들은 건식(dry) 툴에서 노광된다. 몇몇 층들은 DUV 파장들에서 동작하는 툴에서 노광될 수 있는 한편, 다른 층들은 EUV 파장 방사선을 이용하여 노광된다.

단계(202)에서, 기판 마크들(P1) 등 및 이미지 센서들(도시되지 않음)을 이용한 정렬 측정들이 기판 테이블(WTa/WTb)에 대한 기판의 정렬을 측정 및 기록하는 데 사용된다. 또한, 기판(W')에 걸친 수 개의 정렬 마크들이 정렬 센서(AS)를 이용하여 측정될 것이다. 이 측정들은 일 실시예에서 웨이퍼 그리드(grid)를 구축하는 데 사용되며, 이는 공칭 직사각형 그리드에 대한 여하한의 왜곡을 포함한 기판에 걸친 마크들의 분포를 매우 정확히 매핑한다.

단계(204)에서, X-Y 위치에 대한 웨이퍼 높이(Z)의 맵이 또한 레벨 센서(LS)를 이용하여 측정된다. 일반적으로, 높이 맵은 노광된 패턴의 정확한 포커싱을 달성하기 위해서만 사용된다. 이는 추가적으로 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다.

기판(W')이 로딩될 때, 수행될 노광, 및 또한 웨이퍼의 특성 및 이전에 만들어지고 그 위에 만들어질 패턴을 정의하는 레시피 데이터(206)가 수신된다. 이러한 레시피 데이터는 단계(202, 204)에서 만들어진 웨이퍼 위치, 웨이퍼 그리드 및 높이 맵의 측정에 추가되고, 레시피 및 측정 데이터(208)의 전체 세트는 노광 스테이션(EXP)에 전달될 수 있다. 예를 들어, 정렬 데이터의 측정은 리소그래피 공정의 제품인 제품 패턴에 대해 고정된 또는 명목상 고정된 관계로 형성된 정렬 타겟의 X 및 Y 위치를 포함한다. 노광 직전에 얻은 이러한 정렬 데이터는 모델이 데이터에 맞는 파라미터로 정렬 모델을 생성하는 데 사용된다. 이러한 파라미터와 정렬 모델은 현재 리소그래피 단계에서 적용된 패턴의 위치를 수정하기 위해 노광 작업 중에 사용된다. 사용 중인 모델은 측정된 위치 간의 위치 편차를 보간(interpolate)한다. 기존의 정렬 모델은 서로 다른 차원에서 "이상적인" 그리드의 변환, 회전 및 크기 조정을 함께 정의하는 4개, 5개 또는 6개의 파라미터로 구성될 수 있다. 더 많은 파라미터를 사용하는 진보된 모델들이 알려져 있다.

단계(210)에서, 웨이퍼들(W' 및 W)이 스와핑(swap)되어, 측정된 기판(W')이 노광 스테이션(EXP)에 들어가는 기판(W)이 되도록 한다. 도 1의 예시적인 장치에서, 이러한 스와핑은 장치 내에서 지지체들(WTa 및 WTb)을 교환함으로써 수행되어, 기판들(W, W')이 그 지지체들 상에 정확히 클램핑되고 위치된 채로 유지되고, 기판 테이블들과 기판들 자체 간의 상대 정렬을 보존하도록 한다. 따라서, 일단 테이블들이 스와핑되었으면, 투영 시스템(PS)과 기판 테이블(WTb)(전에는 WTa) 간의 상대 위치를 결정하는 것이 노광 단계들의 제어에서 기판(W)(전에는 W')에 대한 측정 정보(202, 204)를 사용하기 위해 필요한 전부이다. 단계(212)에서, 마스크 정렬 마크들(M1, M2)을 이용하여 레티클 정렬이 수행된다. 단계(214), 단계(216), 단계(218)에서, 스캐닝 동작들 및 방사선 펄스들이 다수의 패턴들의 노광을 완료하기 위해서 기판(W)에 걸쳐 연속 타겟 위치들에 적용된다.

노광 단계들의 수행에 있어서 측정 스테이션에서 얻어진 정렬 데이터 및 높이 맵을 이용함으로써, 이 패턴들이 원하는 위치들에 대해, 특히 동일한 기판에 앞서 놓인 피처들에 대해 정확히 정렬된다. 이제 W"로 표시되는 노광된 기판이 단계(220)에서 장치로부터 언로딩되어, 노광된 패턴에 따라 에칭 또는 다른 공정들을 겪게 된다.

당업자는 위의 설명이 실제 제조 상황의 한 예와 관련된 다수의 매우 상세한 단계의 단순화된 개요라는 것을 알 것이다. 예를 들어, 단일 패스로 정렬을 측정하는 대신 동일하거나 다른 표시를 사용하여 대략적인 측정과 미세 측정의 별도 단계가 있는 경우가 많다. 대략적인 및/또는 미세 정렬 측정 단계는 높이 측정 전후에 수행되거나 인터리브(interleaved)될 수 있다.

일 실시예에서, 정렬 센서(AS)와 같은 광학적 위치 센서는 정렬 마크를 판독하기 위해 가시광선 및/또는 근적외선(NIR) 방사선을 사용한다. 일부 프로세스에서 정렬 마크가 형성된 후 기판의 층을 처리하면 신호 강도가 낮거나 없기 때문에 이러한 정렬 센서에서 마크를 찾을 수 없는 상황이 발생한다.

도 2b는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시한다. 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있으며, 이는 때때로 리소셀 또는 클러스터라고도 지칭하고, 이는 또한 기판 상에서 노광 전 및 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로 이들은 하나 이상의 레지스트 층을 증착하기 위한 하나 이상의 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 하나 이상의 현상제(developer)(DE), 하나 이상의 냉각 플레이트(CH) 및/또는 하나 이상의 베이크 플레이트(BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 하나 이상의 기판을 픽업하고, 이를 상이한 프로세스 장치 사이에서 이동시키고 이를 리소그래피 장치의 로딩 베이(LB)로 전달한다. 종종 집합적으로 트랙이라고 지칭되는 이들 장치는 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있다. 따라서, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일관되게 노광되도록 하기 위해, 오버레이(예를 들어, 이중 패터닝 공정에 의해 층에 별도로 제공되었던 동일한 층의 구조 사이 또는 오버레이되는 층의 구조 사이일 수 있음), 라인 두께, 임계 치수(CD), 초점 오프셋, 물성(material property) 등과 같은 하나 이상의 특성을 측정하거나 결정하기 위해 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소셀(LC)이 위치하는 제조 시설은 또한 리소셀에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 수용하는 메트롤로지 시스템(MET)을 일반적으로 포함한다. 메트롤로지 시스템(MET)은 리소셀(LC)의 일부일 수 있으며, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 일부일 수 있다.

메트롤로지 결과는 감독 제어 시스템(SCS)에 직접 또는 간접적으로 제공될 수 있다. 오차가 감지되면 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있고(특히 검사가 배치(batch)의 하나 이상의 다른 기판이 여전히 노광될 만큼 충분히 신속하고 빠르게 수행될 수 있는 경우) 및/또는 노광된 기판의 후속 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 이미 노광된 기판은 수율을 개선하기 위해 벗겨지고 재가공되거나 폐기될 수 있으며, 이에 따라 결함이 있는 것으로 알려진 기판에 대한 추가 처리를 수행하는 것을 피할 수 있다. 기판의 일부 타겟 부분에만 결함이 있는 경우, 양호한 타겟 부분에 대해서만 추가 노광이 수행될 수 있다.

메트롤로지 시스템(MET) 내에서, 메트롤로지 장치는 기판의 하나 이상의 특성, 특히 상이한 기판의 하나 이상의 특성이 어떻게 변하는지 또는 동일한 기판의 상이한 층이 층마다 변하는지를 결정하기 위해 사용된다. 메트롤로지 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있거나 독립형 장치일 수 있다. 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 메트롤로지 장치가 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트의 잠상은 대비가 낮아, 레지스트에서 방사선에 노광된 부분과 그렇지 않은 부분 사이의 굴절률 차이는 매우 작으며, 모든 측정 장치가 잠상 이미지를 유용하게 측정할 만큼 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서 노광된 기판에서 일반적으로 수행되는 첫 번째 단계인 노광 후 베이킹 단계(PEB) 후에 측정을 수행할 수 있으며 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 대비를 증가시킨다. 이 단계에서 레지스트의 이미지는 반잠재성(semi-latent)이라고 할 수 있다. 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광되거나 노광되지 않은 부분이 제거된 시점) 또는 에칭과 같은 패턴 전송 단계 후에 측정을 수행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재작업 가능성을 제한하지만 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.

메트롤로지를 가능하게 하기 위해, 하나 이상의 타겟이 기판 상에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟은 특별히 설계되고 주기적 구조를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟은 디바이스 패턴의 일부, 예를 들어 디바이스 패턴의 주기적 구조이다. 일 실시예에서, 디바이스 패턴은 메모리 디바이스의 주기적 구조(예를 들어, BPT(Bipolar Transistor), BLC(Bit Line Contact) 등 구조)이다.

일 실시예에서, 기판 상의 타겟은 현상 후, 주기적인 구조적 특징부가 솔리드 레지스트 라인(solid resist lines)으로 형성되도록 인쇄되는 하나 이상의 1-D 주기적 구조(예를 들어, 격자)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟은 현상 후에 하나 이상의 주기적 구조가 레지스트 내의 고체 레지스트 기둥 또는 비아(via)로 형성되도록 인쇄되는 하나 이상의 2-D 주기적 구조(예를 들어, 격자)를 포함할 수 있다. 바(bar), 기둥 또는 비아는 대안적으로 기판 내로(예를 들어, 기판 상의 하나 이상의 층 내로) 에칭될 수 있다.

일 실시예에서, 패터닝 공정의 관심 파라미터 중 하나는 오버레이이다. 오버레이는 (정반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고, 더 높은 차수들만이 처리되는 다크 필드 스케터로메트리(dark field scatterometry)를 이용하여 측정될 수 있다. 다크 필드 메트롤로지의 예시들은 PCT 특허 출원 공개공보 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있으며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 미국 특허 출원 공개공보 US2011-0027704, US2011-0043791, 및 US2012-0242970에서 설명되었으며, 이들은 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, 기판 상의 장치 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 일 실시예에서, 다수 타겟들이 하나의 방사선 캡쳐에서 측정될 수 있다.

도 3a는 특정 조명 모드를 제공하는 조명 어퍼처의 제1 쌍을 사용하는 실시예에 따라 타겟을 측정하는데 사용하기 위한 측정 장치의 개략도이다. 예를 들어, 오버레이를 측정하기 위한 실시예에서 사용하기에 적합한 메트롤로지 장치가 또한 도 3a에 개략적으로 도시되어 있다. 타겟(T)(격자 등의 주기적 구조를 포함) 및 회절된 광선이 도 3b에 더 자세히 설명되어 있다. 메트롤로지 장치는 독립형 장치이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 여러 가지가 있는 광축은 점선 O로 표시된다. 이 장치에서 출력부(11)(예: 레이저 또는 크세논 램프와 같은 소스 또는 소스에 연결된 개구)에 의해 방출되는 방사선은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 프리즘(15)을 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배열된다. 기판 이미지를 여전히 검출기에 제공한다면 다른 렌즈 배열을 사용할 수 있다.

도 3b에는 (격자와 같은 주기적 구조체를 포함한) 타겟(T) 및 회절된 광선들이 더 상세히 예시된다. 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, 출력부(11)(예를 들어, 레이저 또는 제논 램프와 같은 소스 또는 소스에 연결된 개구부)에 의해 방출된 방사선이 렌즈들(12, 14) 및 대물렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 프리즘(15)을 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 있다.

일 실시예에서, 렌즈 구성은 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 예를 들어 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. 본 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-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13S가 유사하지만 '남'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 사용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어두운데(dark), 이는 바람직한 조명 모드 외의 여하한의 불필요한 방사선이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 수 있기 때문이다.

도 3b는 주어진 조명 방향에 대한 타겟의 회절 스펙트럼의 개략적인 상세도이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 타겟(T)이 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 실질적으로 수직인 기판(W)과 배치된다. 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 조명 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟(T)을 이용하면, 이 광선들은 메트로롤지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다. 플레이트(13) 내의 어퍼처가 (유용한 양의 방사선을 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. 주기적 구조체 피치 및 조명 각도는, 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 타겟에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 프리즘(15)을 통해 다시 지향된다.

도 3a로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 입사 광선(I)이 광학 축선의 북쪽으로부터인 경우, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13N을 사용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 대조적으로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13S를 사용하여 적용되는 경우, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어가는 광선들이다. 따라서, 일 실시예에서는, -1차 및 +1차 회절 세기들을 따로따로 얻기 위해 소정 조건들 하에, 예를 들어 타겟을 회전시키거나 조명 모드를 변화시키거나 이미징 모드를 변화시킨 후 타겟을 두 번 측정함으로써 측정 결과들이 얻어진다. 주어진 타겟에 대해 이 세기들을 비교하는 것이 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공하고, 타겟에서의 비대칭이 리소그래피 공정의 파라미터, 예를 들어 오버레이의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다. 앞서 설명된 상황에서는, 조명 모드가 변화된다.

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 대조할 수 있도록 한다. 센서(19)에 의해 포착된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고, 및/또는 세기 측정들을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 또한, 이는 본 명세서에서 이후에 설명될 바와 같이, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 기타 측정을 위해 사용될 수 있다.

제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 대물 렌즈(16)의 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 빔으로부터 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 측정된 이미지에 관한 데이터들은 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되며, 이들의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 주기적 구조체 피처들(예를 들어, 격자 라인들)의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.

도 3에 나타낸 어퍼처 플레이트(13) 및 스톱(21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 또 다른 실시예에서, 타겟의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 방사선의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서, 1차 빔들 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.

조명을 이 상이한 타입들의 측정에 적용 가능하게 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) 방위지정되는 타겟의 주기적 구조체를 측정하기 위해 사용된다는 것을 유의한다. 직교 주기적 구조체의 측정을 위해서는, 90°및 270°에 걸친 타겟의 회전이 구현될 수 있다.

도 3c는 회절 기반 오버레이 측정을 위한 측정 장치를 사용할 때 추가 조명 모드를 제공하는 조명 어퍼처의 제2 쌍의 개략도이다.

도 3d는 회절 기반 오버레이 측정을 위한 측정 장치를 사용할 때 추가 조명 모드를 제공하는 제1 및 제2 쌍의 어퍼처를 결합하는 제3 쌍의 조명 어퍼처의 개략도이다.

상이한 어퍼처 플레이트들이 도 3c 및 도 3d에 도시된다. 도 3c는 2 개의 또 다른 타입의 오프-액시스 조명 모드를 예시한다. 도 3c의 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13E가 단지 설명을 위해 앞서 설명된 '북'에 대해 '동'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 도 3c의 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13W가 유사하지만 '서'로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 도 3d는 2 개의 또 다른 타입의 오프-액시스 조명 모드를 예시한다. 도 3d의 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13NW가 앞서 설명된 바와 같은 '북' 및 '서'로 지정된 방향들로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13SE가 유사하지만 앞서 설명된 바와 같은 '남' 및 '동'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은, 예를 들어 앞서 언급된 사전 공개된 특허 출원 공개공보들에서 설명된다.

도 4는 다중 주기적 구조(예를 들어, 다중 격자) 타겟의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽을 개략적으로 도시한다.

도 4는 기판 상에 형성된 예시적인 복합 메트롤로지 타겟(T)을 도시한다. 복합 타겟은 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 주기적 구조체들(이 경우에는 격자들)(32, 33, 34, 35)을 포함한다. 일 실시예에서, 주기적 구조체 레이아웃은 측정 지점보다 작게 만들어질 수 있다(예를 들어, 주기적 구조체 레이아웃이 과도하게 채워짐). 따라서, 일 실시예에서, 주기적 구조체들은 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 충분히 함께 밀접하게 위치된다. 그 경우, 4 개의 주기적 구조체들은 이에 따라 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서들(19 및 23) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 주기적 구조체들(32, 33, 34, 35)은 자체로 겹쳐진(overlying) 주기적 구조체들에 의해 형성된 복합 주기적 구조체들(예를 들어, 복합 격자들)이며, 즉 주기적 구조체들은 기판(W) 상에 형성되는 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되고, 하나의 층 내의 적어도 하나의 주기적 구조체가 상이한 층 내의 적어도 하나의 주기적 구조체와 겹치도록 한다. 이러한 타겟은 20㎛×20㎛ 또는 16㎛×16㎛ 내의 외측 치수들을 가질 수 있다. 또한, 모든 주기적 구조체들이 특정 쌍의 층들 간의 오버레이를 측정하는 데 사용된다. 타겟이 단일 쌍보다 많은 쌍의 층들을 측정할 수 있게 하기 위해, 주기적 구조체들(32, 33, 34, 35)은 상이하게 편향(bias)된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 주기적 구조체들의 상이한 부분들이 형성되는 상이한 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 기판 상의 타겟에 대한 주기적 구조체들이 모두 한 쌍의 층들을 측정하는 데 사용될 것이고, 기판 상의 또 다른 동일한 타겟에 대한 주기적 구조체들이 모두 또 다른 쌍의 층들을 측정하는 데 사용될 것이며, 상이한 편향이 층의 쌍들 간의 구별을 용이하게 한다.

도 4로 되돌아가면, 주기적 구조체들(32, 33, 34, 35)은 나타낸 바와 같이 입사 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키도록 그 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 주기적 구조체들(32 및 34)은 X-방향 주기적 구조체들이며, 각각 +d, -d의 편향들을 갖는다. 주기적 구조체들(33 및 35)은 Y-방향 주기적 구조체들일 수 있으며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 4 개의 주기적 구조체들이 예시되지만, 또 다른 실시예는 원하는 정확성을 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3 x 3 어레이의 9 개의 복합 주기적 구조체들이 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d 편향들을 가질 수 있다. 이 주기적 구조체들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다.

도 5는 도 3의 장치에서 획득된 도 4의 타겟의 이미지를 개략적으로 도시한다. 도 5는 도 3d로부터의 어퍼처 플레이트들(13NW 또는 13SE)을 사용하는 도 3의 장치에서 도 4의 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 센서(19)는 상이한 개별적인 주기적 구조체들(32 내지 35)을 분해할 수 없지만, 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 주기적 구조체들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 타겟은 스크라이브 레인이 아닌 디바이스 제품 피처 사이에 위치할 수 있다. 주기적 구조체들이 디바이스 제품 영역들 내에 위치되는 경우, 디바이스 피처들도 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 프로세서 및 제어기(PU)가 주기적 구조체들(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 주기적 구조체들의 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 일 예시이다.

도 6은 예시적인 메트롤로지 장치 및 메트롤로지 기술을 개략적으로 도시한다. 일 실시예에서, 패터닝 공정의 관심 파라미터 중 하나는 피처 폭(예를 들어, CD)이다. 도 6은 특징 폭 결정을 가능하게 할 수 있는 고도로 개략적인 예시적인 메트롤로지 장치(예를 들어, 스캐터로미터)를 도시한다. 이것은 기판(W)에 방사선을 투사하는 광대역(백색광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 재지향된 방사선은 예를 들어 왼쪽 의 그래프에 표시되는 바와 같이 정반사 반사 방사선의 스펙트럼(10)(파장 함수로서의 강도)을 측정하는 스펙트로미터 검출기(4)로 전달된다. 이 데이터에서, 예를 들어 엄격한 결합파 분석 및 비선형 회귀 또는 도 6의 오른쪽 에 표시된 시뮬레이션된 스펙트럼 라이브러리와 비교로, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조 또는 프로파일은 프로세서(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로 재구성을 위해 구조의 일반적인 형태가 알려져 있고, 구조가 만들어진 프로세스에 대한 지식에서 일부 변수가 가정되며, 측정된 데이터에서 결정해야 하는 구조의 몇 가지 변수만 남게 된다. 이러한 메트롤로지 장치는 수직 입사 메트롤로지 장치 또는 경사 입사 메트롤로지 장치로 구성될 수 있다. 또한, 재구성에 의한 파라미터의 측정에 더하여, 각도 분해 스캐터로메트리는 제품 및/또는 레지스트 패턴에서 형상의 비대칭 측정에 유용하다. 비대칭 측정의 특정 응용예는 오버레이 측정을 위한 것인데, 여기에서 타겟은 다른 하나에 겹쳐진 주기적 특징 세트를 포함한다. 이러한 방식의 비대칭 측정의 개념은 예를 들어 그 본문이 본원에 참조로서 포함된 미국 특허 출원 공개 번호 US2006-066855에 설명되어 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에서 사용하기에 적합한 메트롤로지 장치(100)의 예를 도시한다. 이러한 유형의 메트롤로지 장치의 작동 원리는 미국 특허 출원 공개 번호 US 2006-033921 및 US 2010-201963에 더 자세히 설명되어 있으며, 이들은 그 전문이 본원에 참조로서 포함된다. 장치 전체에 걸쳐 여러 분기를 갖는 광축은 점선 O로 표시된다. 이 장치에서 소스(110)(예: 크세논 램프)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(120), 어퍼처 플레이트(130), 렌즈 시스템(140), 부분 반사면(150) 및 대물 렌즈(160)을 포함하는 광학 시스템을 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 실시예에서 이러한 렌즈 시스템(120, 140, 160)은 4F 배열의 이중 시퀀스로 배열된다. 일 실시예에서, 방사선 소스(110)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(120)을 사용하여 시준된다. 필요할 경우 다른 렌즈 배열이 사용될 수 있다. 방사선이 기판에 입사하는 각도 범위는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서 공간 강도 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물 렌즈 퓨필 평면의 후방 투영 이미지(back-projected image) 평면에서 렌즈(120, 140) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(130)을 삽입함으로써 이루어질 수 있다. 다른 어퍼처를 사용하여 다른 강도 분포(예: 환형, 쌍극자 등)가 가능하다. 방사형 및 주변 방향의 조명 각도 분포는 물론 파장, 편광 및/또는 방사선의 일관성과 같은 속성을 모두 조정하여 원하는 결과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 간섭 필터가 소스(110)와 부분 반사면(150) 사이에 제공되어, 예를 들어 400-900 nm 또는 200-300 nm와 같이 더 낮은 범위에서 관심 파장을 선택할 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 세트를 포함하기보다는 조정 가능할 수 있다. 간섭 필터 대신 격자를 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 관심 편광을 선택하기 위해 하나 이상의 편광기(170)가 소스(110)와 부분 반사 표면(150) 사이에 제공될 수 있다. 편광기는 상이한 편광기들의 세트를 포함하기보다는 조정 가능할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 대물 렌즈(160)의 광축(O)에 수직인 기판(W)과 함께 배치된다. 따라서, 소스(110)로부터의 방사선은 부분적으로 반사 표면(150)에 의해 반사되고 대물 렌즈(160)를 통해 기판(W)의 타겟 상의 조명 스폿(S)으로 집속된다. 일 실시예에서, 대물 렌즈(160)는 높은 개구수(NA), 바람직하게는 적어도 0.9 또는 적어도 0.95의 개구수를 갖는다. 침지 메트롤로지 장치(물과 같은 비교적 높은 굴절률의 유체 사용)는 1 이상의 개구수를 가질 수도 있다.

축(O)에서 벗어난 각도에서 조명 스폿에 초점을 맞춘 조명 광선(170, 172)은 회절 광선(174, 176)을 발생시킨다. 이 광선은 타겟(T)을 포함하는 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선 중 하나일 뿐이라는 점을 알아야 한다. 조명 스폿 내의 각 요소는 메트롤로지 장치의 시야 내에 있다. 플레이트(130)의 어퍼처가 유한한 폭(유용한 양의 방사선을 허용하는 데 필요함)을 갖기 때문에, 입사 광선(170, 172)은 실제로 일정 범위의 각도를 차지할 것이고 회절 광선(174, 176)은 다소 확산될 것이다. 작은 타겟의 포인트 확산(point spread) 함수에 따르면, 각각의 회절 차수는 도시된 바와 같이 하나의 이상적인 광선이 아니라 각도 범위에 걸쳐 더 퍼질 것이다.

기판(W) 상의 타겟에 의해 회절된 0차 이상의 빔은 대물 렌즈(160)에 의해 수집되고 부분 반사 표면(150)을 통해 재지향된다. 광학 요소(180)는 0차 및/또는 1차 회절 빔을 사용하여 타겟 Ton 센서(190)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)의 스펙트럼(퓨필 평면 이미지) 회절을 형성하는 광학 시스템(182)에 회절된 빔의 적어도 일부를 제공한다. 일 실시예에서, 특정 회절 차수를 필터링하기 위해 어퍼처(186)가 제공되어 특정 회절 차수가 센서(190)에 제공된다. 일 실시예에서, 어퍼처(186)는 실질적으로 또는 주로 0차 방사선만이 센서(190)에 도달하도록 허용한다. 일 실시예에서, 센서(190)는 기판 타겟(T)의 2차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2차원 검출기일 수 있다. 센서(190)는 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서의 어레이일 수 있고, 예를 들어 프레임당 40밀리초의 통합 시간을 사용할 수 있다. 센서(190)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서 재지향된 방사선의 세기, 다중 파장에서 개별적으로 또는 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정하는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 센서는 횡방향 자기- 및/또는 횡방향 전기-편광 및/또는 횡방향 자기- 및 횡방향 전기-편광 사이의 위상차로 방사선의 세기를 개별적으로 측정하는데 사용될 수 있다.

선택적으로, 광학 요소(180)는 측정 브랜치(200)에 회절된 빔의 적어도 일부를 제공하여 기판 원 센서(230)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 이미지를 형성한다. 측정 브랜치(200)는 메트롤로지 장치의 포커싱(예를 들어, 기판(W)이 대물 렌즈(160)에 포커싱되도록 하는 것) 및/또는 도입부에 언급된 유형의 다크 필드 이미징과 같은 다양한 보조 기능을 위해 사용될 수 있다.

격자의 다양한 크기 및 모양에 대한 맞춤형 시야를 제공하기 위해, 조정 가능한 시야 조리개(field stop)(300)가 소스(110)에서 대물 렌즈(160)까지의 경로에서 렌즈 시스템(140) 내에 제공된다. 시야 조리개(300)는 어퍼처(302)를 포함하고 타겟(T)의 평면과 결합된 평면에 위치하여 조명 스폿이 어퍼처(302)의 이미지가 되도록 한다. 이미지는 배율에 따라 크기가 조정되거나 어퍼처와 조명 스폿이 1:1 크기 관계에 있을 수 있다. 조명을 다양한 측정 유형에 적용할 수 있도록 하기 위해, 어퍼처 플레이트(300)는 원하는 패턴을 제자리에 가져오도록 회전하는 디스크 주위에 형성된 다수의 어퍼처 패턴을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 동일한 효과를 달성하기 위해 플레이트(300) 세트가 제공되고 교환될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 변형 가능한 거울 어레이 또는 투과형 공간 광 변조기와 같은 프로그래밍 가능한 어퍼처 장치가 또한 사용될 수 있다.

일반적으로, 타겟은 Y축에 평행하거나 X축에 평행하게 진행되는 주기적 구조체 피처와 정렬될 것이다. 회절 거동과 관련하여, Y축에 평행한 방향으로 확장되는 피처를 갖는 주기적 구조체는 X 방향으로 주기성을 갖는 반면, X축에 평행한 방향으로 확장되는 피처를 갖는 주기적 구조체는 Y 방향으로 주기성을 갖는다. 양방향 성능을 측정하기 위해 일반적으로 두 가지 유형의 피처들이 제공된다. 단순화를 위해 선과 공백에 대한 참조가 있지만, 주기적 구조체는 선과 공백으로 구성될 필요는 없다. 또한, 각 라인 및/또는 라인 사이의 공간은 더 작은 하위 구조로 형성된 구조일 수 있다. 또한, 주기적 구조체는, 예를 들어 주기적 구조체가 포스트 및/또는 비아 홀을 포함하는 경우 한 번에 2차원의 주기성을 갖도록 형성될 수 있다.

리소그래피 공정을 모니터링하기 위해, 패터닝된 기판의 파라미터, 예를 들어 그 안에 또는 그 위에 형성된 연속적인 층 사이의 오버레이 오차를 측정하는 것이 필요다. 주사 전자 현미경 및 다양한 특수 도구의 사용을 포함하여 리소그래피 공정에서 형성된 미세 구조를 측정하기 위한 다양한 기술이 있다. 특수 검사 도구의 한 형태는 방사선 빔이 기판 표면의 타겟으로 향하고 산란되거나 반사된 빔의 속성이 측정되는 스캐터로미터이다. 기판에 의해 반사되거나 산란되기 전과 후에 빔의 속성을 비교함으로써, 기판의 속성을 결정할 수 있다. 이는 예를 들어 반사된 빔을 알려진 기판 속성과 관련된 알려진 측정 라이브러리에 저장된 데이터와 비교하여 수행할 수 있다. 스캐터로미터의 두 가지 주요 유형이 알려져 있다. 분광 스캐터로미터는 광대역 방사선 빔을 기판으로 보내고 특정 좁은 각도 범위로 산란된 방사선의 스펙트럼(파장 함수로서의 강도)을 측정한다. 각도 분해 스캐터로미터는 단색 방사선 빔을 사용하고 산란된 방사선의 강도를 각도의 함수로 측정한다.

디바이스는 층별로 구축되고 오버레이는 이러한 층들을 서로의 상부에 정확하게 인쇄하는 리소그래피 장치의 능력의 척도이다. 동일한 층의 연속적인 층 또는 여러 프로세스는 이전 층에 정확하게 정렬되어야 한다. 그렇지 않으면, 구조 간의 전기적 접촉이 저조하고 결과 장치가 사양대로 작동하지 않을 것이다. 오버레이는 이러한 정렬의 정확도를 측정한 것이다. 오버레이가 양호하면 장치 수율이 향상되고 더 작은 제품 패턴을 인쇄할 수 있다. 패터닝된 기판 내에 또는 그 위에 형성된 연속적인 층들 사이의 오버레이 오차는 (리소그래피 장치의) 노광 장치의 다양한 부분에 의해 제어된다. 기판의 정확한 부분에 대한 방사선의 정렬을 담당하는 것은 대부분 리소그래피 장치의 정렬 시스템이다.

오버레이는 "이미지 기반"(box-in-box) 기술 또는 DBO(Diffraction-Based Overlay) 메트롤로지를 사용하여 측정될 수 있다. DBO는 TMU(Total Measurement Uncertainty)가 일반적으로 "이미지 기반" 기술에 비해 더 우수하기 때문에 사용되는 새로운 메트롤로지 기술이다. "이미지 기반"의 경우 오버레이는 이전에 형성된 제품 층의 마커 패턴에 대한 레지스트 마커 패턴의 위치 측정으로부터 파생될 수 있다. DBO의 경우 오버레이는 예를 들어 하부 층(예: 제품 층) 위에 적층된 상부 층(예: 레지스트 층) 격자와 같은 두 개의 유사한 격자 구조의 회절된 빔에서 간섭 패턴의 모양을 감지하여 간접적으로 측정된다.

그러나, 문제는 광대역 방사선 빔이 간섭성 방사선 빔이 아니기 때문에 광대역 방사선 빔이 2개의 유사한 격자 구조의 회절된 빔으로부터 회절 간섭 패턴을 생성할 수 없다는 것이다. 따라서 두 개의 유사한 격자 구조의 회절된 빔으로부터 간섭 패턴의 모양은 메트롤로지 시스템의 퓨필 평면에서 구별될 수 없다. 두 개의 유사한 격자 구조의 회절된 빔에서 간섭 패턴의 모양을 구별할 수 없는 경우 오버레이 오차를 쉽게 간접적으로 측정할 수 없다.

도 8은 간섭성 광원(110)으로부터의 간섭성 방사선 빔(801)(예를 들어, 가우시안 빔 등)을 사용하여 오버레이 패턴(800)을 조명하는 더 구체적인 설명 및 실시예를 개략적으로 도시한다. 일 실시예에서, 오버레이 패턴은 (예를 들어, 정렬 마크)는 상부 좌측 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴, 하부 우측 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴, 상부 우측 사분면(807)의 제3 오버레이 패턴, 및 하부 좌측 사분면(809)의 제4 오버레이 패턴을 포함한다. 일 실시예에서, 방사선 빔(801)은 기판(예를 들어, 도 7의 시스템에서 웨이퍼(W)) 상의 오버레이 패턴(800)에 일반적으로 수직으로 입사한다. 일 실시예에서, 기판은 하나 이상의 재료(예를 들어, 실리콘, 실리콘 산화물, 절연체 상의 실리콘(SOI) 등)로 이루어진다. 방사선 빔(801)(예를 들어, 간섭성 빔, 가우시안 빔 등)은 조정 가능한 광원으로부터 나올 수 있다. 일 실시예에서, 조정 가능한 광원은 방사선 빔(801)의 파장을 조정할 수 있다. 오버레이 패턴(800)은 본 발명에 따라 기판 상에 패터닝될 수 있다. 일 실시예에서, 방사선 빔(801)은 4개의 사분면(803, 805, 807, 809)에 걸쳐 확산된 오버레이 패턴(800)을 조명한다. 도 8의 빔은 확산되는 발산 빔으로서 도시된다. 일 실시예에서, 방사선(801)은 형성된 빔 형상(예를 들어, 도 8의 원형 또는 타원형 등)을 갖는다. 다만, 본 발명이 특정 조명 형상에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에서, 상부 좌측 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴은 기판의 제1 층(예를 들어, 상부 층, 레지스트 층 등) 상에 배치된다. 하부 우측 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴은 기판의 제2 층(예를 들어, 하부 층, 제품 층) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 제품 층은 에칭 층, 확산 층, 또는 제품(예를 들어, 반도체 소자, 생물학적 소자, 또는 광전자 소자 등)의 박막 증착 층을 포함하는 층일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 오버레이 패턴은 기판 상의 제1 위치(예를 들어, 상부 좌측 사분면(803))에서 이미징되고 제2 오버레이 패턴은 기판의 제2 위치(예를 들어, 하부 우측 사분면(805))에서 이미징된다. 제2 위치(예를 들어, 하부 우측 사분면(805))는 제1 위치(예를 들어, 상부 좌측 사분면(803))와 대각선으로 마주한다. 본 개시는 제1 및 제2 오버레이 패턴의 대각선 배치에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 다른 배향 또는 상대적인 배치가 가능하다. 예를 들어, 제1 오버레이 패턴은 각 패턴의 평행선이 대략 인라인(inline)이 되도록 제2 오버레이 패턴에 인접하게 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴 및 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴은 평행선을 포함하는 동일하거나 유사한 주기적 구조를 갖는 것으로 도시된다. 그러나, 오버레이 패턴은 패턴의 특정 피처 형상에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴은 오버레이 측정에 사용될 수 있는 점선, 직사각형 라인, L자형, 직사각형 형상, 삼각형 또는 기타 기하학적 형상일 수 있다.

일 실시예에서, 상부 우측 사분면(807)의 제3 오버레이 패턴은 상부 좌측 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴과 동일한 기판의 층(예를 들어, 제1 층, 상부 층, 레지스트 층 등)에 배치된다. 실시예에서, 상부 우측 사분면(807)의 제3 오버레이 패턴은 기판의 제3 층(예를 들어, 레지스트 층, 제품 층 등) 상에 배치된다. 하부 좌측 사분면(809)의 제4 오버레이 패턴은 하부 우측 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴과 동일한 기판 층(예를 들어, 제2 층, 하부 층, 제품 층 등) 상에 배치된다. 실시예에서, 하부 좌측 사분면(809)의 제4 오버레이 패턴은 기판의 제4 층(예를 들어, 레지스트 층, 제품 층 등) 상에 배치된다. 당업자는 본 개시가 오버레이 패턴이 형성될 수 있는 층의 특정 순서 또는 층의 순서로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴은 기판의 제1 층 상에 배치될 수 있고, 제2 오버레이 패턴은 기판의 사분면(805)의 제3 또는 제4 층 상에 배치될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 기판 상에 증착된 3개 이상의 층(예를 들어, 3, 5, 6, 7 층 등)이 있을 수 있으며, 각각은 자체 격자 또는 오버레이 패턴을 갖는다. 오버레이 측정은 두 층 간에 수행될 수 있다.

일 실시예에서, 동일하거나 유사한 패턴을 갖는 사분면(예를 들어, 803 및 805, 807 및 809)은 상이한 층 상에 있을 것이다. 실시예에서, 상부 좌측 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴 및 하부 우측 오버레이 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴은 제1 기준 패턴(예를 들어, 수평 격자 패턴)을 사용하여 패터닝된다. 제1 기준 패턴은 도 8에서 X축(811)을 따라 이어지는 수평 격자 패턴을 갖는다. 대조적으로, 상부 우측 사분면(807)의 제3 오버레이 패턴 및 하부 좌측 사분면(809)의 제4 오버레이 패턴은 제2 기준 패턴(예: 수직 격자 패턴)을 사용하여 패터닝된다. 제2 기준 패턴(수직 격자 패턴)은 도 8에서 Y축(813)을 따라 이어지는 수직 격자 패턴을 갖는다. 수평 및 수직 격자 패턴은 예시로서 제시되며 본 개시의 범위를 제한하지 않는다. 앵귤러(angular) 격자, 홀 어레이 등과 같은 다른 격자 패턴이 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 기준 패턴 및 제2 기준 패턴은 오버레이 측정을 위해 사용될 수 있는 점선, 직사각형 라인, L자형, 직사각형 형상, 삼각형 또는 기타 기하학적 형상일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 기준 패턴에 의해 패터닝된 오버레이 패턴은 동일하지 않을 수 있다.

도 9a는 일 실시예에 따른 오버레이 측정에 사용되는 예시적인 오버레이 패턴으로부터 회절된 회절 빔의 캡처를 개략적으로 도시한다.

오버레이 측정을 위해 광학 구성요소(901)(예를 들어, 렌즈, 렌즈 요소 등)가 사용된다. 광학 구성요소(901)는 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소를 포함하는 다양한 유형의 광학 구성요소 중 임의의 하나 또는 조합일 수 있다. 일부 예에서, 광학 구성요소(901)는 단독으로 또는 다른 광학 구성요소와 함께 사용되는 광선을 집중 또는 분산시키기 위한 방사선 투과성 물질(예를 들어, 유리, 에폭시, 석영 등)로 제조된다. 일 실시예에서, 광학 구성요소(901)는 광원(110)(예를 들어, 레이저, 간섭성 광원 등)으로부터 들어오는 방사선(801)을 집중 및/또는 포커싱하기 위해 사용될 수 있다.

입사 방사선(801)은 광학 부품(901)을 통과하고 오버레이 패턴(800)을 포함하는 층의 스택(예를 들어, 레지스트 층 및 제품 층 등) 내의 층(예를 들어, 박막 층, 확산 층, 에칭 층, 레지스트 층 등)에 충돌한다. 입사 방사선(801)은 오버레이 패턴(800)(예를 들어, 오버레이 마크)으로부터 반사되어 사분면(803)으로부터 회절된 제1 회절 빔(903)(예를 들어, +1차 회절 차수 빔) 및 사분면(805)으로부터 회절된 제2 회절 빔(905)(예를 들어, +1차 회절 차수 빔)을 생성한다. 제1 및 제2 회절 빔(903, 905)은 다중 회절 차수, 예를 들어 더 높거나 0이 아닌 회절 차수(예를 들어, +1차 및 -1차 회절 차수)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 검출된 신호에서 이용 가능한 변조의 깊이를 저하시키는 것을 피하기 위해 0차(zeroth order)가 차단될 수 있다. 제1 및 제2 회절 빔(903, 905)은 감광 요소(예를 들어, 검출기(908))에 의해 검출될 수 있다. 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴의 수평 격자로부터 회절된 입사 방사선(801)은 제1 회절 빔(903)이 된다. 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴의 수평 격자로부터 회절된 입사 복사(801)는 제2 회절 빔(905)이 된다. 본 명세서의 설명은 기판의 제1 층 상에 배치된 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴으로부터 회절된 제1 회절 빔(903) 및 기판의 제2 층 상에 배치된 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴으로부터 회절된 제2 회절 빔(905)을 사용하는 오버레이 측정으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 기판의 제3 층 상에 배치된 제3 오버레이 패턴으로부터 회절된 제3 회절 빔 및/또는 기판의 제4 층 상에 배치된 제4 오버레이 패턴으로부터 회절된 제4 회절 빔이 또한 오버레이 측정을 위해 사용될 수 있다.

오버레이 측정은 제1 오버레이 패턴, 제2 오버레이 패턴, 제3 오버레이 패턴, 또는 제4 오버레이 패턴으로부터 회절된 회절 빔의 임의의 특정 조합으로 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 오버레이 측정은 오버레이 패턴의 임의의 조합으로부터 회절된 2개보다 많은 회절 빔을 사용할 수 있다. 제1 및 제2 회절 빔(903, 905)과 사분면(803, 805)의 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 상호작용은 감광 요소(908)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서와 같은 검출기)에 의해 검출된 퓨필 평면(907)에서 제1 회절 신호 및 제2 회절 신호를 중첩함으로써 수행된다. 예를 들어, 제1 회절 신호는 퓨필 평면(907)에서 감광 요소 또는 광 검출기(908)에 의해 검출된 제1 회절 빔(903)이다. 제2 회절 신호는 퓨필 평면(907)에서 광 검출기(908)에 의해 검출된 제2 회절 빔(905)이다. 퓨필 평면(907)은 기판에 대해 특정 거리(예: 파(far) 필드)에 위치한다. 일 실시예에서, 이 거리는 입사 빔(예를 들어, 입사 빔(801))의 단일 파장보다 더 크다. 간섭 패턴은 빔(903)과 연관된 제1 회절 신호 및 연관된 제2 회절 신호로부터 중첩된 회절 신호에 기초하여 생성된다. 또한, 간섭 패턴은 방사선(801)의 파장(예를 들어, 간섭성 빔, 가우시안 빔 등)에 의존한다.

도 9b는 일 실시예에 따른 오버레이 측정을 위해 사용된 오버레이 패턴의 일부(도 9a의)로부터의 회절을 개략적으로 도시한다.

사분면(803)의 제1 오버레이 패턴 및 사분면(805)의 오버레이 패턴은 서로 사이에 거리(예를 들어, x-방향 또는 y-방향)를 갖는다. 일 실시예에서, y-거리는 상부 층(또는 더 높은 층)의 상부 표면으로부터 하부 층(또는 상대적으로 더 낮은 층)의 상부 표면까지 측정된다. 일 실시예에서, 사분면(803, 805)으로부터의 오버레이 패턴 사이의 x-방향 거리의 변화는 감광 요소(908)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서와 같은 검출기)에 의해 검출된 중첩된 회절 신호를 발생시킨다. 제1 회절 신호(예를 들어, 사분면(803)로부터의 회절 신호) 및 제2 회절 신호(예를 들어, 사분면(805)로부터의 회절 신호)가 변경된다. 일 실시예에서, 중첩된 회절 신호는 또한 입사 방사선(801)의 특성(예를 들어, 파장)의 변화로 인해 변경될 수 있다. 감광 요소(908)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서와 같은 검출기)는 중첩된 회절 신호를 검출하기 위해 퓨필 평면(907)에 상주한다.

일부 실시예에서, 광 검출기(908)에 의해 검출된 중첩 회절 신호에 의해 생성된 간섭 패턴은 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴 및 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴의 물리적 특성에 의존한다. 물리적 특성은 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴 및 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴의 피치(pitch), 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴 및 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴의 선폭, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

도 9c는 일 실시예에 따른, 퓨필 평면(예를 들어, 도 9b의 퓨필 평면(907)) 상에 간섭 패턴을 생성하는 시뮬레이션 결과를 도시한다. 시뮬레이션은 광학 시뮬레이션 도구(예: 유한 차분(finite-difference) 시간 도메인 도구 등)로 수행할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 간섭 패턴(예: 909 및 911)은 제1 회절 빔(903) 및 제2 회절 빔(905)을 퓨필 평면(907)에 중첩함으로써 생성된다. 간섭 패턴(909 및 911)의 형상은 앞서 언급한 바와 같이 오버레이 패턴(800)의 하나 이상의 물리적 특성 및/또는 입사 방사선(801)에 대한 속성에 기초하여 기반하여 변경된다. 간섭 패턴 이미지의 그레이 스케일 값은 간섭 패턴과 관련된 강도를 나타낸다.

일부 실시예에서, 퓨필 평면(907)에서 간섭 패턴(예를 들어, 도 9c 및 도 9d에 도시된 909 및 911)은 더 높은 회절 차수를 포함할 수 있다. 더 높은 회절 차수는 2차보다 클 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 물리적 특성은 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴 및 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴의 피치, 제1 오버레이 패턴의 선폭 및 제2 오버레이 패턴, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 간섭 패턴(909, 911)에 영향을 미치는 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 물리적 특성은 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴의 거리(예를 들어, 상부 층과 하부 층 사이의 거리 또는 레지스트 층과 제품 층 사이)도 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 층과 하부 층 사이의 거리는 기판에 대해 특정 거리(예를 들어, 입사 빔(801)의 단일 파장보다 더 큼)로 인해 퓨필 평면(907)에서 감광 요소(908)에 의해 검출된 간섭 패턴(909, 911)에 영향을 미친다. 감광 요소(908)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서와 같은 검출기)는 도 9c와 관련하여 이전에 언급된 바와 같이 중첩된 회절 신호를 검출하기 위해 퓨필 평면(907)에 상주한다.

일부 실시예에서, 간섭 패턴(909, 911)의 간섭 무늬는 조정 가능한 광원에 의해 변조될 수 있다. 도 8에서 이전에 설명된 바와 같이, 조정 가능한 광원은 방사선 빔(801)의 파장을 조정할 수 있다. 따라서, 방사선 빔(801)의 파장 스위핑은 조정 가능한 광원에 의해 수행될 수 있고, 변조된 간섭 무늬는 예를 들어, 가변 광원은 파장 스위핑을 수행하기 위해 방사선 빔(801)으로서 400nm 내지 500nm의 1nm의 파장 간격을 제공할 수 있다. 실시예에서, 변조된 간섭 무늬는 오버레이 측정을 결정하기 위해 더 사용된다. 예를 들어, 400nm 방사선 빔(801)에 의해 생성된 간섭 무늬는 405nm 방사선 빔(801)에 의해 생성된 간섭 무늬의 위치와 퓨필 평면 상의 다른 위치를 가질 것이다. 그러나 400nm 및 405nm에서 간섭 무늬 사이의 변위 측정 노이즈가 측정 동안 400nm 및 405nm 방사 빔(801)에 의해 생성된 간섭 무늬 둘 다에 대해 일정하기 때문에 방사 빔(801)은 오버레이 측정 동안 측정 노이즈에 의해 영향을 받지 않을 것이다. 따라서, 방사선 빔(801)의 파장 스위핑은 측정 노이즈에 대해 강력한 오버레이 측정을 제공한다.

도 9d는 일 실시예에 따른, 퓨필 평면(예를 들어, 도 9b의 퓨필 평면(907)) 상의 회절 신호의 2개의 상이한 회절 차수로부터 생성된 상이한 간섭 패턴의 다른 시뮬레이션 결과를 도시한다. 시뮬레이션은 광학 시뮬레이션 도구(예: 유한 차분 시간 도메인 도구 등)로 수행할 수 있다.

구체적으로, X축 및 Y축은 퓨필 평면(907)에서 웨이퍼로부터 회절된 광의 X축 및 Y축에서의 위치를 나타낸다. 간섭 패턴(909 및 911)은 사분면(803)으로부터 회절된 제1 회절 빔(903)(예를 들어, +1차 회절 차수 빔) 및 사분면(805)에서 회절된 제2 회절 빔(905)(예를 들어, +1차 회절 차수 빔)으로부터 생성될 수 있다.

일부 실시예에서, 간섭 패턴(913 및 915)은 사분면(803)으로부터 회절된 제3 회절 빔(예를 들어, -1차 회절 차수 빔) 및 제4 회절 빔(예를 들어, -1차 회절 차수 빔)으로부터 생성될 수 있다. 따라서, 간섭 패턴(913, 915)의 위치는 간섭 패턴(909, 911)으로부터 대각선으로 위치한다.

일 실시예에서, 간섭 패턴(예를 들어, 909 및 911)과 관련된 강도는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(수식 1)

일 실시예에서, 다른 간섭 패턴(예: 913 및 915)의 강도는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(수식 2)

위의 수식 1 및 2에서,

은 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴으로부터의 회절 광(903)의 위상이고,

는 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴으로부터의 회절 광(905)의 위상이고,

는 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴과 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 오차로 인해 발생하는 위상차이고,

상부 층(예를 들어, 레지스트 층) 상의 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴 상의 방사선(801)(예를 들어, 간섭성 빔)을 조사함으로써 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴으로부터 회절된 +1 또는 -1 차 회절 빔의 강도이고,

는 하부 층(예를 들어, 제품 층) 상의 사분면(803)의 제2 오버레이 패턴 상의 방사선(801)을 조사함으로써 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴으로부터 회절된 +1차 회절 빔의 강도이고,

는 하부 층(예를 들어, 제품 층) 상의 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴 상의 방사선(801)을 조사함으로써 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴으로부터 회절된 -1차 회절 빔의 강도이다.

오버레이 오차로 인한 위에서 논의된 바와 같은 강도의 차이는 간섭의 속성을 상관시키는 데이터베이스(예를 들어, 본원에 설명된 컴퓨팅 시스템의 프로세서에 저장된) 또는 위의 수식을 사용하여 강도를 시뮬레이션함으로써 예측할 수 있다. 따라서 오버레이 패턴을 포함하는 층의 하나 이상의 스택(예: 증착 층, 레지스트 층, 에칭 층 등)이 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴과 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴에 있더라도 간섭 패턴(909, 911)으로부터 오버레이 측정을 결정할 수 있다.

도 10a는 실시예에 따라 오버레이 측정을 결정하고 선택적으로 오버레이 측정에 기반하여 기판의 층의 제거 프로세스를 포함하기 위한 방법(1000)의 흐름도이다.

일부 실시예에서, 방법(1000)은 방사선 빔(110)을 사용하여 단계(P1002)에서 제1 오버레이 패턴(1001)(예: 도 8의 803의 패턴) 및 제2 오버레이 패턴(1002)(예: 도 8의 805의 패턴)을 조명하는 단계(P1002)를 포함한다. 일 실시예에서, 방사선 빔은 간섭성 레이저 소스와 같은 빔 생성기(예를 들어, 간섭성 빔 생성기)에 의해 생성된 간섭성 빔이다. 제1 오버레이 패턴(1001) 및 제2 오버레이 패턴(1002)은 도 8과 관련하여 논의된 바와 같이 획득될 수 있다. 예를 들어, 제1 오버레이 패턴(1001)은 제1 기준 패턴에 의해 패턴화되고 사분면(803)에 위치할 수 있고, 제2 오버레이 패턴(1002)은 동일한 기준 패턴(예를 들어, 제1 기준 패턴)에 의해 패터닝되고 사분면(805)에 위치할 수 있다. 또한, 제1 오버레이 패턴(1001)은 기판의 제1 층(예를 들어, 상부 층, 레지스트 층 등) 상에 배치될 수 있고, 제2 오버레이 패턴(1002)은 기판의 제2 층(예를 들어, 하부 층, 제품 층 등)에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 기준 패턴에 의해 패터닝된 오버레이 패턴은 동일할 필요가 없다.

방법(1000)은 단계 P1004에서 빔 생성기(예를 들어, 간섭성 빔 생성기)에 의해 생성된 방사선, 예를 들어 110(예를 들어, 간섭성 빔)을 사용하여 제1 오버레이 패턴(1001) 및 제2 오버레이 패턴(1002)을 조명함으로써 회절 신호(1004)를 생성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 회절 신호(1004)는 빔 생성기(예를 들어, 간섭성 빔 생성기)에 의해 생성된 방사선(110)(예를 들어, 간섭성 빔)을 사용하여 제1 오버레이 패턴(809)을 조명하는 제1 회절광(903) 및 제2 오버레이 패턴(807)을 조명하는 제2 회절광(905)으로 구성된 중첩 신호일 수 있다. 회절 신호(1004)는 감광 요소(908)(예를 들어, 검출기)에 의해 검출될 수 있다.

방법(1000)은 단계(P1006)에서 회절 신호에 기초하여 간섭 패턴(1006)을 획득하는 단계를 포함한다. 회절 신호(1004)는 단계(P1004)에서 논의된 바와 같이 생성된다. 간섭 패턴(1006)은 도 9a 내지 도 9d와 관련하여 논의된 바와 같이 획득될 수 있다.

방법(1000)은 단계(P1008)에서 간섭 패턴(1006)에 기초하여 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정(1008)을 결정하는 단계를 포함한다. 간섭 패턴은 도 9a-9d에서 논의된 바와 같이 획득될 수 있고, 간섭 패턴은 단계(P1006)에서 획득된다. 오버레이 측정(1008)은 간섭 패턴(1006)에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 도 9c의 간섭 패턴(909, 911)은 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴의 거리(예를 들어, 제1 오버레이 패턴은 상부 층에, 제2 오버레이 패턴은 하부 층에 있음)에 기반하여 형상이 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 도 9c의 간섭 패턴(909, 911)은 제1 오버레이 패턴(809)과 제2 오버레이 패턴(807) 사이의 격자의 피치 및 선폭에 기초하여 형상이 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 오버레이 측정(1008)은 간섭 패턴의 형태(예: 909 및 911)에서 얻은 정보에 기초하여 결정된다. 일 실시예에서, 오버레이 측정치(1008)는 제1 오버레이 패턴(1001) 및 제2 오버레이 패턴(1002)의 피치에 기초하여 결정되고, 제1 오버레이 패턴(1001) 및 제2 오버레이 패턴(1002)의 선폭에 기초하여, 오버레이 측정치(1008)가 결정된다.

방법(1000)은 단계(P1010)에서, 오버레이 측정(1008)이 오버레이 임계값을 위반하는지 여부를 프로세서를 통해 결정하는 단계를 포함한다. 임계값은 패터닝 공정의 수율과 연관될 수 있다. 예를 들어, 오버레이 임계값이 5nm라고 가정하면 상부 층의 구조가 하부 층의 구조에 대해 5nm만큼 이동되었음을 나타낸다. 이러한 5nm 이동은 구조 또는 인접 구조가 지정된 치수 내에서 형성되지 않도록 한다. 지정된 치수를 충족하지 않는 구조는 실패하거나 결함이 있는 구조로 간주된다. 따라서, 패터닝 공정의 수율은 원하는 수율(예: 99.9%)에 비해 감소된다. 프로세서 또는 컴퓨터 시스템은 이전 단계에서 획득한 정보, 예를 들어 단계(P1008)에서의 오버레이 측정을 저장할 수 있다. 정보는 상부 층 상의 제1 오버레이 패턴 및 하부 층 상의 제2 오버레이 패턴의 거리와 연관될 수 있다. 정보는 또한 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 피치, 및 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 선폭과 연관될 수 있다. 오버레이 임계값은 시스템의 사용자에 의해 정의된 값일 수 있다. 일부 실시예에서, 오버레이 임계값은 상부 층(예를 들어, 레지스트 층) 상의 제1 오버레이 패턴과 하부 층(예를 들어, 제품 층) 상의 제2 오버레이 패턴 사이의 변위의 표준 편차일 수 있다.

방법(1000)은 단계(P1012)에서 오버레이 측정이 임계값을 위반하지 않는 경우(예를 들어, 임계값보다 작은 경우) 제조 프로세스의 다음 단계를 계속하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제조 공정의 다음 단계는 도 10b 및 10c의 증착 공정일 수 있다. 증착 공정(1026)은 상부 층(예를 들어, 레지스트 층)이 임계값(예를 들어, 상부 층의 제1 오버레이 패턴 또는 하부 층의 제2 오버레이 패턴 변위의 표준 편차) 이내의 오버레이 측정 값을 갖는 경우 수행된다. 일부 실시예에서, P1012에서 제조 공정의 다음 단계는 에칭 공정, 확산 공정 또는 이들의 조합일 수 있다.

방법(1000)은 단계(P1014)에서 임계값의 위반에 응답하여 컴퓨터 시스템의 인터페이스를 통해 패터닝 공정을 조정하기 위한 신호 또는 통지를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 특히, 임계값의 위반은 오버레이 측정이 기결정된 허용 가능한 임계값(예를 들어, 상부 층의 제1 오버레이 패턴 또는 하부 층의 제2 오버레이 패턴 변위의 표준 편차)의 범위보다 크거나 벗어날 때 발생한다. 신호 또는 통지는, 일 실시예에서, 패터닝 공정을 조정하기 위한 경고일 수 있으며, 시스템의 디스플레이에 표시되는 메시지일 수 있거나, 시스템의 사용자에게 경고하기 위한 시스템 상의 경보 또는 경고등일 수 있다.

방법(1000)은 단계(P1016)에서 오버레이 측정이 최소화되도록 패터닝 공정에 사용된 도 1과 관련한 리소그래피 장치의 기판(W) 및 마스크(MA)에 대한 하나 이상의 파라미터를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 파라미터의 조정은 데이터베이스(예를 들어, 리소그래피 장치의 컴퓨터 시스템의 메모리)의 하나 이상의 기존 모델에 의해 수행될 수 있다. 하나 이상의 기존 모델은 패터닝 공정의 이전 실험 또는 패터닝 공정의 시뮬레이션(예: 유한 차분 시간 도메인 방법 등)에 의해 생성될 수 있다. 리소그래피 장치의 하나 이상의 파라미터는 도 1에 대한 마스크(MA)에 대한 리소그래피 장치의 입사 빔의 도즈(dose), 도 1에 대한 마스크(MA)에 대한 리소그래피 장치와 관련된 포커스, 및 리소그래피 장치에 의해 이미징되는 기판(W)의 위치일 수 있다. 오버레이 측정은 임계값(예를 들어, 상부 층 상의 제1 오버레이 패턴의 변위 또는 하부 층 상의 제2 오버레이 패턴의 변위의 표준 편차)의 범위 내 또는 이하가 되도록 최소화될 수 있다.

방법(1000)은 단계(P1018)에서 제2 층(1024)(예를 들어, 상부 층, 레지스트 층)과 관련된 오버레이 측정 값이 앞선 단계(1014)에서 언급한 바와 같이 기결정된 허용 가능한 임계값의 범위보다 크거나 이를 벗어나기 때문에 제2 층(1024)(예를 들어, 레지스트 층)의 제거 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 층(1024)(예를 들어, 레지스트 층)과 연관된 오버레이 측정 값이 기결정된 허용 가능한 임계값의 범위보다 크거나 벗어나면, 증착 프로세스(1026)와 같은 후속 제조 프로세스에서 층(1024)과 층(1022) 사이의 오정렬로 인해 층(1022)에 트렌치(1030)가 형성될 수 있다. 트렌치(1030)의 이러한 불완전한 충전(회색 층)은 트렌치(1030)의 층(예를 들어, 금속 층)이 회로의 일부인 경우 집적 회로 장치에 결함(예를 들어, 폐쇄 홀)을 추가로 생성할 수 있다. 따라서, 층(1024)이 제거될 수 있고 새로운 층이 오버레이를 개선하기 위해 증착될 수 있다. 예를 들어, 도 10b 및 10c에서, 새로운 층(1024-2)(예를 들어, 제2 레지스트 층)이 패터닝될 수 있다. 일 실시예에서, 새로운 층은 오버레이 측정에 기초하여 결정된 조정된 도즈 및/또는 초점을 사용하여 패터닝될 수 있다. 새로운 층(1024-2)은 이전에 논의된 층(1024)(도 10a에서)과 관련된 오버레이와 비교하여 하부 층(1022)(예를 들어, 제품 층)과 관련하여 개선된 오버레이 성능을 갖는다. 도 10b를 참조하면, 증착 프로세스(1026)가 층(1020, 1022, 1024)에 대해 수행될 때, 프로세스는 층의 표면의 상부에 예를 들어 금속(1028)(예를 들어, 알루미늄, 금 등)의 층을 생성한다. 그러나 층(1022)과 층(1024) 사이의 오정렬로 인해 층(1024)의 그림자 아래(트렌치(1030)의 오른쪽에 위치) 층(1022)에 있는 트렌치(1030)의 일부가 채워지지 않는다. 이에 의해 트렌치(1030)에 비전도성 영역이 형성된다. 이러한 비전도성 영역은 트렌치(1030)의 금속층이 회로의 일부인 경우 집적 회로의 결함이 된다. 따라서, 층(1024)과 관련된 제조 프로세스의 수율이 감소된다. 다른 한편으로, 도 10C를 참조하면, 새로운 층(1024-2)은 층(1022)과 잘 정렬된다. 금속(1028)의 증착 프로세스(1026) 후에, 층(1022)의 트렌치(1030)는 금속(1028)으로 완전히 채워진다. 따라서, 트렌치(1030)의 금속 층이 회로의 일부인 경우 트렌치에 결함이 없다. 다시 말해서, 새로운 층(1024-2)을 사용한 제조 공정은 집적 회로에 결함이 없기 때문에 층(1024)을 사용한 제조 공정의 수율보다 더 나은 수율을 갖는다.

따라서, 상부 층(1024)(예를 들어, 레지스트 층)과 제2 층(1022)(예를 들어, 제품 층) 사이의 오버레이를 정확하게 제어함으로써, 제조 공정의 수율이 원하는 한계 내에서 개선되거나 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 층의 제거 프로세스는 제2 층(1024)(예를 들어, 상부 층, 레지스트 층)을 제거하기 위해 화학 용액을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 화학 용액은 포토레지스트를 포함하는 층(예: 레지스트 층)을 용해할 수 있다. 화학 용액은 아세톤, 이소프로판올, 황산 또는 이들의 조합일 수 있다.

방법(1000)은 단계(P1020)에서, 제2 층(1024)의 제거 프로세스 후에, 리소그래피 장치의 조정된 하나 이상의 파라미터를 사용하여 기판(1020) 상에서 제1 층(1022)(예를 들어, 제품 층) 위에 새로운 층(1024-2)(예를 들어, 제2 레지스트 층)을 패터닝하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 층(1022) 상의 새로운 층(1024-2)(예를 들어, 제 2 레지스트 층)은 리소그래피 장치의 입사 빔의 조정된 도즈, 리소그래피 장치와 연관된 조정된 포커스, 및 단계(P1016)에서 이전에 언급된 바와 같이 새로운 층(1024-2)(예를 들어, 제2 레지스트 층)을 패터닝하기 위해 리소그래피 장치에 의해 이미징되는 기판의 조정된 위치를 사용할 수 있다. 도 10d는 일 실시예에 따른, 회절 신호에 기초하여 간섭 패턴을 획득하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 회절 신호는 단계(P1004)에서 논의된 바와 같이 생성된다. 간섭 패턴은 도 9a-9d에서 논의된 바와 같이 획득될 수 있다.

단계(P1006-1)은 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴으로부터 회절된 제1 회절 신호(1004-1)를 획득하는 단계이다. 제1 회절 신호(1004-1)를 획득하는 단계는 빔 생성기(예를 들어, 간섭성 빔 생성기)에 의해 생성된 방사선(801)(예를 들어, 간섭성 빔)을 사용하여 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴을 조명하는 단계와 유사하게 수행될 수 있다.

단계(P1006-2)는 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴으로부터 회절된 제2 회절 신호(1004-2)를 획득하는 단계이다. 제2 회절 신호(1004-2)를 획득하는 단계는 빔 생성기(예를 들어, 간섭성 빔 생성기)에 의해 생성된 방사선(801)(예를 들어, 간섭성 빔)을 사용하여 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴을 조명하는 단계와 유사하게 수행될 수 있다.

단계(P1006-3)은 퓨필 평면(907)에서 제1 회절 신호(903) 및 제2 회절 신호(905)를 중첩하는 단계이다. 도 9a 및 9b에서 이미 도시된 바와 같이, 제1 회절 신호(903) 및 제2 회절 신호(905)는 퓨필 평면(907)에서 중첩된다.

단계(1006-4)는 중첩된 회절 신호에 기초하여 퓨필 평면(907)에서 간섭 패턴을 생성하는 단계이다. 간섭 패턴(예: 909, 911, 913, 915)은 도 9c 및 9d에서 앞서 설명되고 도시되었다.

도 10e는 일 실시예에 따른, 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴과 사분면(805)의 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정을 결정하는 예시적인 프로세스를 도시한다.

단계(P1008-1)는 간섭 패턴의 제1 간섭 무늬(1008-1)와 연관된 제1 위치를 획득하는 단계이다. 예를 들어, 제1 위치는 도 9c 및 도 9d에서 간섭 패턴(909)의 X축 값 및 Y축 값일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 간섭 무늬(1008-1)는 회절 신호의 0이 아닌 양의 회절과 연관될 수 있다(예: +1 차수 회절, +2 회절 차수… 등).

단계(P1008-2)는 간섭 패턴의 제2 간섭 무늬(1008-2)와 연관된 제2 위치를 획득하는 단계이다. 예를 들어, 제2 위치는 도 9d의 간섭 패턴(911)의 X축 값 및 Y축 값일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 간섭 무늬(1008-2)는 회절 신호의 음이 아닌 0차 회절과 연관된다(예: -1 차수 회절, -2 회절 차수… 등).

단계(P1008-3)은 간섭 패턴과 연관된 제1 위치 및 제2 위치에 기초하여, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 오차를 결정하는 단계이다. 도 10a의 단계(P1008)에서 이전에 논의된 바와 같이, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 오차는 간섭 패턴에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 9c의 간섭 패턴(909, 911)은 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 거리(예를 들어, 상부 층 상의 제1 오버레이 패턴과 하부 층 상의 제2 오버레이 패턴)에 기초하여 형상을 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 9c의 간섭 패턴(909, 911)은 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴에서 격자의 피치 및 선폭에 기초하여 형상을 변경할 수 있다. 일 실시예에서, 오버레이 측정(1008)은 간섭 패턴(예를 들어, 909 및 911)의 형상으로부터 획득된 정보에 기초하여 결정된다. 일 실시예에서, 오버레이 측정(1008)은 제1 오버레이 패턴(1001) 및 제2 오버레이 패턴(1002)의 피치, 및 제1 오버레이 패턴(1001) 및 제2 오버레이 패턴(1002)의 선폭에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 오버레이 오차는 간섭 패턴(909)과 연관된 제1 위치 및 간섭 패턴(911)과 연관된 제2 위치로부터 결정될 수 있다. 중첩된 회절 신호가 단계(P1006-1)의 제1 회절 신호(1004-1)와 단계(P1006-2)의 제2 회절 신호(1004-2)의 상호 작용에 의존하기 때문에, 간섭 패턴(909 및 911)의 위치는 단계(P1006-4)에서 이전에 언급된 바와 같이 중첩된 회절 신호에 의존할 수 있다. 예를 들어, 제1 회절 신호(1004-1) 및 제2 회절 신호(1004-2)가 퓨필 평면 상의 간섭 패턴(909)과 연관된 제1 위치에서 보강 간섭을 갖는 경우, 간섭 패턴(909)은 상대적으로 강한 신호를 나타내는 어두운 점을 보여준다. 대조적으로, 제1 회절 신호(1004-1) 및 제2 회절 신호(1004-2)가 퓨필 평면 상의 간섭 패턴(909)과 연관된 제1 위치에서 상쇄 간섭을 갖는다면, 간섭 패턴(909)은 상대적으로 약한 신호를 타나타내는 밝은 점을 보여준다. 간섭 패턴(909)과 연관된 제1 위치 및 간섭 패턴(911)과 연관된 제2 위치에서 중첩된 회절 신호의 간섭의 변화로, 간섭 패턴(909, 911)의 중심 위치는 제1 회절 신호(1004-1) 및 제2 회절 신호(1004-2)의 간섭과 함께 이동한다

따라서, 간섭 패턴(909, 911)의 위치는 제1 회절 신호(1004-1) 및 제2 회절 신호(1004-2)에 의존한다. 또한, 제1 회절 신호(1004-1) 및 제2 회절 신호(1004-2)는 상부 층(예를 들어, 레지스트 층) 상의 사분면(803)의 제1 오버레이 패턴으로부터 회절된 제1 회절 신호의 위상 및 하부 층(예를 들어, 제품 층) 상의 사분면(805)에서 제2 오버레이 패턴의 위상에 의존한다. 그러나 상부 층과 하부 층 사이의 거리가 고정되어 있기 때문에, 상부 층과 하부 층 사이에 오버레이 오차(예: 레지스트 층의 트렌치 패턴과 제품 층의 트렌치 패턴 사이의 오정렬)가 있는 경우, 제1 간섭 패턴(909) 및 제2 간섭 패턴(911)의 중심 위치가 그에 따라 이동할 것이다. 제1 간섭 패턴(909)과 제2 간섭 패턴(911)의 중심 위치 사이의 상대 위치를 계산함으로써, 오버레이 오차는 프로세서(예를 들어, 컴퓨터, 데이터 스토리지, 데이터베이스 시스템 등)를 통해 계산(예: 유한 차분 시간 도메인 방법)될 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 예시적인 컴퓨터 시스템(CS)의 블록도이다. 컴퓨터 시스템(CS)은 도 1의 리소그래피 장치를 제어하고, 오버레이 측정이 단계(P1010)에서 오버레이 임계값을 위반하는지 여부를 결정하거나, 단계(P1008-3)에서 논의된 바와 같이 오버레이 오차를 계산하는 데 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(CS)은 정보 통신을 위한 버스(BS) 또는 기타 통신 메커니즘, 및 정보 처리를 위해 버스(BS)와 결합된 프로세서(PRO)(또는 다중 프로세서)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(CS)은 또한 프로세서(PRO)에 의해 실행될 정보 및 명령을 저장하기 위해 버스(BS)에 결합된 RAM(random access memory) 또는 다른 동적 저장 장치와 같은 주 메모리(MM)을 포함한다. 주 메모리(MM)는 또한 프로세서(PRO)에 의해 실행될 명령어들을 실행하는 동안 임시 변수 또는 기타 중간 정보를 저장하는 데 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(CS)은 프로세서(PRO)에 대한 명령어 및 정적 정보를 저장하기 위해 버스(BS)에 연결된 읽기 전용 메모리(ROM) ROM 또는 다른 정적 저장 장치를 더 포함한다. 자기 디스크 또는 광 디스크와 같은 저장 장치(SD)가 제공되고, 정보 및 명령어를 저장하기 위해 버스(BS)에 연결된다.

컴퓨터 시스템 CS는 컴퓨터 사용자에게 정보를 표시하기 위한 음극선관(cathode ray tube)(CRT) 또는 평판 또는 터치 패널 디스플레이와 같은 디스플레이(DS)에 버스(BS)를 통해 연결될 수 있다. 영숫자 및 기타 키를 포함하는 입력 장치(ID)는 정보 및 명령 선택을 프로세서(PRO)에 전달하기 위해 버스(BS)에 연결된다. 다른 유형의 사용자 입력 장치는 방향 정보 및 명령 선택을 프로세서(PRO)에 전달하고 디스플레이(DS)에서 커서 이동을 제어하기 위한 마우스, 트랙볼 또는 커서 방향 키와 같은 커서 제어(CC)이다. 이러한 입력 장치는 일반적으로 제1 축(예: x)과 제2 축(예: y)의 두 축에 2개의 자유도를 갖고 있어 장치가 평면의 위치를 지정할 수 있다. 터치 패널(스크린) 디스플레이도 입력 장치로 사용할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 본원에 설명된 하나 이상의 방법의 부분은 주 메모리(MM)에 포함된 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 프로세서(PRO)에 응답하여 컴퓨터 시스템(CS)에 의해 수행될 수 있다. 그러한 명령어는 저장 장치(SD)와 같은 다른 컴퓨터 판독 가능 매체로부터 주 메모리(MM)로 판독될 수 있다. 주 메모리(MM)에 포함된 명령어 시퀀스의 실행은 프로세서(PRO)가 본원에 설명된 프로세스 단계를 수행하게 한다. 다중 처리 배열의 하나 이상의 프로세서는 또한 주 메모리(MM)에 포함된 명령 시퀀스를 실행하기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 하드웨어에 내장된(hard-wired) 회로는 소프트웨어 명령어 대신에 또는 소프트웨어 명령어와 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 여기에서의 설명은 하드웨어 회로와 소프트웨어의 특정 조합으로 제한되지 않는다.

본 명세서에 사용된 용어 "컴퓨터 판독 가능 매체"는 실행을 위해 프로세서(PRO)에 명령어를 제공하는 데 참여하는 임의의 매체를 지칭한다. 그러한 매체는 비휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 전송 매체를 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 형태를 취할 수 있다. 비휘발성 매체는 예를 들어 저장 장치(SD)와 같은 광 디스크 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 매체에는 주 메모리(MM)와 같은 동적 메모리가 포함된다. 전송 매체에는 버스(BS)를 구성하는 와이어를 포함하여 동축 케이블, 구리 와이어 및 광섬유가 포함된다. 전송 매체는 또한 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 음향 또는 광파의 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 비일시적일 수 있으며, 예를 들어 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 기타 자기 매체, CD-ROM, DVD, 기타 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 구멍 패턴이 있는 기타 물리적 매체, RAM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM, 기타 메모리 칩 또는 카트리지일 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에는 명령어가 기록될 수 있다. 명령어는 컴퓨터에 의해 실행될 때 본원에 설명된 기능 중 하나를 구현할 수 있다. 일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체는 반송파 또는 다른 전파 전자기 신호를 포함할 수 있다.

다양한 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체는 실행을 위해 프로세서(PRO)에 대한 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 수행하는 데 관련될 수 있다. 예를 들어, 명령어는 처음에 원격 컴퓨터의 자기 디스크에 포함될 수 있다. 원격 컴퓨터는 명령어를 동적 메모리에 로드하고 모뎀을 사용하여 전화선을 통해 명령어를 전송할 수 있다. 컴퓨터 시스템(CS)의 로컬 모뎀은 전화선을 통해 데이터를 수신하고 적외선 송신기를 사용하여 데이터를 적외선 신호로 변환할 수 있다. 버스(BS)에 결합된 적외선 검출기는 적외선 신호에 포함된 데이터를 수신하고 버스(BS)에 데이터를 배치할 수 있다. 버스(BS)는 프로세서(PRO)가 명령어를 검색하고 실행하는 주 메모리(MM)로 데이터를 전달한다. 주 메모리(MM)에 의해 수신된 명령은 프로세서(PRO)에 의한 실행 전 또는 후에 저장 장치(SD)에 선택적으로 저장될 수 있다.

컴퓨터 시스템(CS)는 또한 버스(BS)에 연결된 통신 인터페이스(CI)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(CI)는 로컬 네트워크(LAN)에 연결된 네트워크 링크(NDL)에 양방향 데이터 통신 결합을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(CI)는 해당 유형의 전화선에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 ISDN(통합 서비스 디지털 네트워크) 카드 또는 모뎀일 수 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(CI)는 호환 가능한 LAN에 대한 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 근거리 통신망(LAN) 카드일 수 있다. 무선 링크도 구현될 수 있다. 그러한 구현에서, 통신 인터페이스(CI)는 다양한 유형의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기, 전자기 또는 광학 신호를 송수신한다.

네트워크 링크(NDL)은 일반적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 장치에 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(NDL)은 로컬 네트워크(LAN)를 통해 호스트 컴퓨터(HC)에 대한 연결을 제공할 수 있다. 여기에는 현재 일반적으로 "인터넷"(INT)이라고 하는 전세계 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 제공되는 데이터 통신 서비스가 포함될 수 있다. 로컬 네트워크 LAN(인터넷)은 모두 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기, 전자기 또는 광 신호를 사용한다. 다양한 네트워크를 통한 신호 및 네트워크 데이터 링크(NDL) 및 통신 인터페이스(CI)를 통한 신호는 컴퓨터 시스템(CS)과 주고받는 디지털 데이터를 전달하며 정보를 전달하는 반송파의 예시적인 형태이다.

컴퓨터 시스템 CS는 네트워크(들), 네트워크 데이터 링크(NDL), 및 통신 인터페이스(CI)를 통해 메시지를 보내고 프로그램 코드를 포함한 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷의 예에서 호스트 컴퓨터(HC)는 인터넷(INT), 네트워크 데이터 링크(NDL), 로컬 네트워크(LAN) 및 통신 인터페이스(CI)를 통해 애플리케이션 프로그램에 대한 요청된 코드를 전송할 수 있다. 그러한 다운로드된 애플리케이션 중 하나는 예를 들어 본원에 설명된 방법의 전부 또는 일부를 제공할 수 있다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(PRO)에 의해 실행될 수 있고/있거나 저장 장치(SD)에 저장되거나 나중에 실행하기 위해 다른 비휘발성 저장소에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨터 시스템(CS)은 반송파의 형태로 애플리케이션 코드를 획득할 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 다른 리소그래피 투영 장치(LPA)의 개략도이다.

LPA는 소스 컬렉터 모듈(SO), 방사선 빔(B)(예를 들어, EUV 방사선), 지지 구조체(MT), 기판 테이블(WT), 및 투영 시스템(PS)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터) IL을 포함할 수 있다.

지지 구조체(예를 들어, 패터닝 장치 테이블)(MT)는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크 또는 레티클)(MA)를 지지하도록 구성될 수 있고 패터닝 디바이스를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결될 수 있다.

기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)은 기판(예를 들어, 레지스트 코팅 웨이퍼)(W)을 지지하도록 구성될 수 있고 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결될 수 있다.

투영 시스템(예를 들어, 반사 투영 시스템)(PS)은 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에 도시된 바와 같이, LPA는 (예를 들어, 반사 패터닝 디바이스를 채택하는) 반사형으로 구성된다. 대부분의 재료들이 EUV 파장 범위 내에서 흡수성이기 때문에, 패터닝 디바이스는 예를 들어 몰리브덴 및 실리콘의 다수-스택을 포함한 다층 반사기를 가질 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 일 예시에서, 다수-스택 반사기는 40 층의 몰리브덴 및 실리콘 쌍들을 갖고 각 층의 두께는 1/4 파장이다. 훨씬 더 작은 파장들이 X-선 리소그래피로 생성될 수 있다. 대부분의 재료가 EUV 및 x-선 파장에서 흡수성이기 때문에, 패터닝 디바이스 토포그래피 상의 패터닝된 흡수성 재료의 박편(예를 들어, 다층 반사기 최상부 상의 TaN 흡수재)이 프린트되거나(포지티브 레지스트) 프린트되지 않을(네거티브 레지스트) 피처들의 위치를 정의한다.

일루미네이터(IL)는 소스 컬렉터 모듈(SO)로부터 극자외(EUV) 방사선 빔을 수용할 수 있다. EUV 방사선을 생성하는 방법들은 EUV 범위 내의 1 이상의 방출선을 갖는 적어도 하나의 원소, 예를 들어 크세논, 리튬 또는 주석을 갖는 재료를 플라즈마 상태로 전환하는 단계를 포함하며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 흔히 레이저 생성 플라즈마("LPP")라고 칭하는 이러한 한 방법에서, 플라즈마는 선-방출 원소를 갖는 재료의 액적(droplet), 스트림 또는 클러스터와 같은 연료를 레이저 빔으로 조사함으로써 생성될 수 있다. 소스 컬렉터 모듈(SO)은 연료를 여기시키는 레이저 빔을 제공하는 레이저(도 14에 나타내지 않음)를 포함한 EUV 방사선 시스템의 일부분일 수 있다. 결과적인 플라즈마는 출력 방사선, 예를 들어 EUV 방사선을 방출하며, 이는 소스 컬렉터 모듈에 배치된 방사선 컬렉터를 이용하여 수집된다. 예를 들어, CO₂ 레이저가 연료 여기를 위한 레이저 빔을 제공하는 데 사용되는 경우, 레이저 및 소스 컬렉터 모듈은 별도의 개체일 수 있다.

이러한 경우, 레이저는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더를 포함하는 빔 전달 시스템의 도움으로, 레이저로부터 소스 컬렉터 모듈로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 흔히 DPP 소스라고 칭하는 방전 생성 플라즈마 EUV 발생기인 경우, 소스는 소스 컬렉터 모듈의 통합부일 수 있다.

일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기를 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 패싯 필드 및 퓨필 거울 디바이스(facetted field and pupil mirror device)들과 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 패터닝 디바이스 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된 후, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(PS2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 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 또 다른 위치 센서(PS1)는 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 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다.

도시된 장치(LPA)는 다음의 모드들인 단계 모드, 스캔 모드 및 고정 모드 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다.

스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 패터닝 디바이스 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한 번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다.

스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 패터닝 디바이스 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(예를 들어, 패터닝 디바이스 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다.

고정 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 패터닝 디바이스 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그래밍 가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

도 13은 일 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치의 상세도이다.

도시된 바와 같이, LPA는 소스 컬렉터 모듈(SO), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)을 포함할 수 있다. 소스 컬렉터 모듈(SO)은 소스 컬렉터 모듈(SO)의 포위 구조체(enclosing structure: 220) 내에 진공 환경이 유지될 수 있도록 구성되고 배치된다. EUV 방사선 방출 플라즈마(210)가 방전 생성 플라즈마 소스에 의해 형성될 수 있다. EUV 방사선은 전자기 스펙트럼의 EUV 범위 내의 방사선을 방출하도록 초고온 플라즈마(very hot plasma: 210)가 생성되는 가스 또는 증기, 예를 들어 Xe 가스, Li 증기 또는 Sn 증기에 의해 생성될 수 있다. 초고온 플라즈마(210)는, 예를 들어 적어도 부분적으로 이온화된 플라즈마를 야기하는 전기적 방전에 의해 생성된다. 방사선의 효율적인 발생을 위해, Xe, Li, Sn 증기 또는 여하한의 다른 적절한 가스 또는 증기의, 예를 들어 10 Pa의 분압(partial pressure)이 필요할 수 있다. 일 실시예에서, EUV 방사선을 생성하기 위해 여기된 주석(Sn)의 플라즈마가 제공된다.

초고온 플라즈마(210)에 의해 방출된 방사선은, 소스 챔버(source chamber: 211)의 개구부(opening) 내에 또는 그 뒤에 위치되는 선택적인 가스 방벽 또는 오염물 트랩(contaminant trap: 230)(몇몇 경우에는, 오염물 방벽 또는 포일 트랩이라고도 함)을 통해, 소스 챔버(211)로부터 컬렉터 챔버(collector chamber: 212) 내로 통과된다. 오염물 트랩(230)은 채널 구조체를 포함할 수 있다. 또한, 오염물 트랩(230)은 가스 방벽, 또는 가스 방벽과 채널 구조체의 조합을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 나타내는 오염물 트랩 또는 오염물 방벽(230)은 적어도 당업계에 알려진 바와 같은 채널 구조체를 포함한다.

컬렉터 챔버(212)는 소위 스침 입사 컬렉터(grazing incidence collector)일 수 있는 방사선 컬렉터(CO)를 포함할 수 있다. 방사선 컬렉터(CO)는 방사선 컬렉터 상류측(upstream radiation collector side: 251) 및 방사선 컬렉터 하류측(downstream radiation collector side: 252)을 갖는다. 컬렉터(CO)를 가로지르는 방사선은 격자 스펙트럼 필터(grating spectral filter: 240)로부터 반사되어, 점선 'O'로 나타낸 광학 축선을 따라 가상 소스점(virtual source point: IF)에 포커스될 수 있다. 가상 소스점(IF)은 통상적으로 중간 포커스라고 칭해지며, 소스 컬렉터 모듈은 중간 포커스(IF)가 포위 구조체(220)에서의 개구부(221)에, 또는 그 부근에 위치되도록 배치된다. 가상 소스점(IF)은 방사선 방출 플라즈마(210)의 이미지이다.

후속하여, 방사선은 조명 시스템(IL)을 가로지르며, 이는 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 세기의 원하는 균일성뿐 아니라, 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 빔(21)의 원하는 각도 분포를 제공하도록 배치된 패싯 필드 거울 디바이스(22) 및 패싯 퓨필 거울 디바이스(24)를 포함할 수 있다. 지지 구조체(MT)에 의해 유지되어 있는 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 빔(21)의 반사 시, 패터닝된 빔(26)이 형성되고, 패터닝된 빔(26)은 투영 시스템(PS)에 의하여 반사 요소들(28, 30)을 통해 기판 테이블(WT)에 의해 유지되어 있는 기판(W) 상으로 이미징된다.

일반적으로, 나타낸 것보다 더 많은 요소가 조명 광학기 유닛(IL) 및 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수 있다. 격자 스펙트럼 필터(240)는 리소그래피 장치의 타입에 따라 선택적으로 존재할 수 있다. 또한, 도면들에 나타낸 것보다 더 많은 거울이 존재할 수 있으며, 예를 들어 도 12에 도시된 것보다 1 내지 6 개의 추가 반사 요소들이 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같은 컬렉터 광학기(CO)가 단지 컬렉터(또는 컬렉터 거울)의 일 예시로서, 스침 입사 반사기들(253, 254 및 255)을 갖는 네스티드 컬렉터(nested collector)로서 도시된다. 입사 반사기들(253, 254 및 255)은 광학 축선(O) 주위에 축대칭으로 배치되고, 이 타입의 컬렉터 광학기(CO)는 흔히 DPP 소스라고 하는 방전 생성 플라즈마 소스와 조합하여 사용될 수 있다.

도 14는 일 실시예에 따른, 리소그래피 투영 장치(LPA)의 소스 컬렉터 모듈(SO)의 상세도이다.

소스 컬렉터 모듈(SO)은 LPA 방사선 시스템의 일부일 수 있다. 레이저(LA)는 크세논(Xe), 주석(Sn) 또는 리튬(Li)과 같은 연료에 레이저 에너지를 증착하여 수십 eV의 전자 온도를 갖는 고도로 이온화된 플라즈마(210)를 생성하도록 배열될 수 있다. 이들 이온의 탈여기(de-excitation) 및 재결합 동안 생성된 에너지 방사선은 거의 수직 입사 컬렉터 광학기(CO)에 의해 수집되고 인클로징 구조(220)의 개구(221)에 집속된 플라즈마로부터 방출된다.

실시예는 다음 조항을 사용하여 추가로 설명될 수 있다:

1. 기판과 연관된 오버레이 측정치를 결정하는 방법으로서,

간섭성 빔(coherent beam)을 사용하여 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴(제1 오버레이 패턴은 기판의 제1 층 상에 배치되고, 제2 오버레이 패턴은 기판의 제2 층 상에 배치됨)을 조명함으로써 회절 신호를 생성하는 단계;

회절 신호에 기반하여 간섭 패턴을 획득하는 단계; 및

간섭 패턴에 기반하여, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.

2. 제 1 항에 있어서, 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴은 기준 패턴을 사용하여 패터닝되는, 방법.

3. 제 2 항에 있어서, 제1 오버레이 패턴은 기판 상의 제1 위치에서 이미징되고, 제2 오버레이 패턴은 기판 상의 제2 위치에서 이미징되며, 제2 위치는 제1 위치와 대각선으로 마주하는, 방법.

4. 제 1 항에 있어서, 간섭 패턴은 퓨필 평면에서 획득되는, 방법.

5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 간섭 패턴은 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 물리적 특성에 의존하는, 방법.

6. 제 5 항에 있어서, 물리적 특성은 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 거리, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴의 피치, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴의 선폭, 또는 이들의 조합인, 방법.

7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 간섭 패턴은 간섭성 빔의 파장 및 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 거리에 의존하는, 방법.

8. 제 7 항에 있어서, 간섭성 빔은 조정 가능한 광원으로부터 나오고, 조정 가능한 광원은 간섭성 빔의 파장을 조정하도록 구성되는, 방법.

9. 제 8 항에 있어서, 조정 가능한 광원은, 간섭성 빔의 파장 스위핑(wavelength sweeping)을 수행하며;

파장 스위핑과 연관된 변조된 간섭 무늬를 얻고;

변조된 간섭 무늬를 기반으로 오버레이 측정치를 결정하도록 더 구성되는, 방법.

10. 제 4 항에 있어서, 퓨필 평면은 기판에 대해 특정된 거리에 위치하고, 특정된 거리는 입사 빔의 단일 파장보다 큰, 방법.

11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 간섭성 빔은 간섭성 가우시안 빔인, 방법.

12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 간섭성 빔은 기판에 수직으로 입사하는, 방법.

13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 간섭 패턴을 획득하는 단계는:

제1 오버레이 패턴으로부터 회절된 제1 회절 신호를 획득하는 단계;

제2 오버레이 패턴으로부터 회절된 제2 회절 신호를 획득하는 단계;

퓨필 평면에서 제1 회절 신호와 제2 회절 신호를 중첩하는 단계; 및

중첩된 회절 신호에 기반하여 퓨필 평면에서 간섭 패턴을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.

14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정치를 결정하는 단계는,

간섭 패턴의 제1 간섭 무늬와 연관된 제1 위치를 획득하는 단계(제1 간섭 무늬는 회절 신호의 0이 아닌 양의 차수의 회절과 연관됨);

간섭 패턴의 제2 간섭 무늬와 연관된 제2 위치를 획득하는 단계(제2 간섭 무늬는 회절 신호의 0이 아닌 음의 차수의 회절과 연관됨); 및

간섭 패턴과 연관된 제1 위치 및 제2 위치에 기반하여, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.

15. 제 14 항에 있어서, 퓨필 평면에서의 간섭 패턴은 더 높은 회절 차수를 포함하고, 더 높은 회절 차수는 2차보다 큰, 방법.

16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서를 통해, 오버레이 측정치가 오버레이 임계값(임계값은 패터닝 공정의 수율과 연관됨)을 위반하는지 여부를 결정하는 단계; 및

임계값의 위반에 응답하여, 인터페이스를 통해 패터닝 공정을 조정하라는 경고를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.

17. 제 16 항에 있어서, 프로세서를 통해, 오버레이 측정치가 오버레이 임계값을 위반하는지 여부를 결정하는 단계;

임계값의 위반에 응답하여, 오버레이 측정치가 최소화되도록 패터닝 공정에 사용된 패터닝 장치의 하나 이상의 파라미터를 조정하는 단계;

제2 층의 제거 공정을 수행하는 단계; 및

제2 층의 제거 공정 이후, 패터닝 장치의 조정된 하나 이상의 파라미터를 사용하여 기판 상의 제1 층 상에 새로운 층을 패터닝하는 단계를 더 포함하는, 방법.

18. 제 17 항에 있어서, 하나 이상의 파라미터는:

패터닝 장치의 입사 빔의 도즈(dose);

패터닝 장치와 연관된 초점; 및

패터닝 장치를 통해 이미징되는 기판의 위치를 포함하는, 방법.

19. 제 17 항에 있어서, 제거 공정은 제2 층을 제거하기 위해 화학 용액을 사용하는 단계를 포함하고, 화학 용액은 포토레지스트를 포함하는 층을 용해 가능한, 방법.

20. 명령어가 기록된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 명령어는 컴퓨터에 의해 실행될 때 항들 중 어느 하나의 방법을 구현하는, 컴퓨터 프로그램 제품.

21. 패터닝 공정과 연관된 오버레이 측정을 획득하기 위한 시스템에 있어서, 시스템은:

제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴(제1 오버레이 패턴은 기판의 제1 층 상에 배치되고, 제2 오버레이 패턴은 기판의 제2 층 상에 배치되고, 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 조명이 회절 신호를 생성함)을 조명하기 위한 간섭성 빔을 생성하도록 구성된 간섭성 빔 생성기;

회절 신호를 검출하고 회절 신호로부터 간섭 패턴을 생성하도록 구성된 검출기; 및

간섭 패턴에 기반하여 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 시스템.

22. 제 21 항에 있어서, 간섭 패턴은 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴의 물리적 특성에 의존하는, 시스템.

23. 제 22 항에 있어서, 물리적 특성은 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 거리, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴의 피치, 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴의 선폭, 또는 이들의 조합인, 시스템.

24. 제 21 항에 있어서, 회절 신호는 퓨필 평면에서 검출되는, 시스템.

25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 간섭 패턴은 간섭성 빔의 파장 및 제1 오버레이 패턴과 제2 오버레이 패턴 사이의 거리에 의존하는, 시스템.

26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 간섭성 빔은 조정 가능한 광원으로부터 나오고, 조정 가능한 광원은 간섭성 빔의 파장을 조정하도록 구성되는, 시스템.

27. 제 26 항에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는;

조정 가능한 광원으로부터 생성된 간섭성 빔의 파장 스위핑(wavelength sweeping)을 수행하며;

파장 스위핑과 연관된 변조된 간섭 무늬를 얻고;

변조된 간섭 무늬를 기반으로 오버레이 측정을 결정하도록 더 구성되는, 시스템.

28. 제 21 항에 있어서, 간섭성 빔은 간섭성 가우시안 빔인, 방법.

29. 제 21 항에 있어서, 간섭성 빔은 대물 렌즈를 통해 기판에 수직으로 입사하는, 시스템.

30. 제 21 항에 있어서, 검출기는 기판을 조명하기 위해 사용되는 대물 렌즈와 연관된 퓨필 평면의 이미지를 캡처하도록 구성된 센서를 포함하는 카메라인, 시스템.

31. 제 21 항에 있어서, 프로세서는:

오버레이 측정이 오버레이 임계값(임계값은 패터닝 공정의 수율과 연관됨)을 위반하는지 여부를 결정하고;

임계값의 위반에 응답하여, 인터페이스를 통해 패터닝 공정을 조정하라는 경고를 제공하도록 더 구성되는, 시스템.

32. 제 21 항에 있어서, 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴은 기준 패턴을 사용하여 패터닝되는, 시스템.

33. 제 21 항에 있어서, 제1 오버레이 패턴은 기판 상의 제1 위치에서 이미징되고, 제2 오버레이 패턴은 상기 기판 상의 제2 위치에서 이미징되며, 제2 위치는 상기 제1 위치와 대각선으로 마주하는, 시스템.

본원에 개시된 개념은 서브 파장 피처를 이미징하기 위한 모든 일반 이미징 시스템을 시뮬레이션하거나 수학적으로 모델링할 수 있으며, 점점 더 짧은 파장을 생성할 수 있는 새로운 이미징 기술에 특히 유용할 수 있다. 이미 사용 중인 새로운 기술에는 EUV(극자외선) 및 ArF 레이저를 사용하여 193nm 파장을 생성하고 심지어 불소 레이저를 사용하여 157nm 파장을 생성할 수 있는 DUV 리소그래피가 있다. 또한, EUV 리소그래피는 이러한 범위 내의 광자를 생성하기 위해 싱크로트론(synchrotron)을 사용하거나 고에너지 전자를 물질(고체 또는 플라즈마)과 충돌시켜 20-50nm 범위 내의 파장을 생성할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과는 다르게 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 메트롤로지 마크로서 위에서 설명된 예시적인 구조는 위치 측정을 위해 특별히 설계되고 형성된 격자 구조이지만, 다른 실시예에서 위치는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분인 구조 상에서 측정될 수 있다.

많은 장치가 격자와 같은 규칙적인 구조를 가지고 있다. 본원에서 사용된 "마크" 및 "격자 구조"라는 용어는 측정 수행을 위해 구조가 특별히 제공될 것을 요구하지 않는다. 불투명 층은 기존 파장에서 마크를 관찰하여 마크 위치 측정을 방해할 수 있는 유일한 종류의 오버레이 구조가 아니다. 예를 들어, 표면의 거칠기 또는 상충되는 주기 구조는 하나 이상의 파장에서 측정을 방해할 수 있다.

위치 측정 하드웨어 및 기판 및 패터닝 디바이스에 구현된 적절한 구조와 관련하여, 실시예는 오버레이 구조로 덮인 마크의 위치에 대한 정보를 얻기 위해 위에 예시된 유형의 측정 방법을 구현하는 기계 판독 가능 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다.

이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 그 목적의 전용 프로세서 등에 의해 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광 디스크)가 제공될 수 있다.

광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예들의 사용에 대해 위에서 특정한 참조가 이루어졌을 수도 있지만, 본 발명은 예를 들어, 임프린트 리소그래피(imprint lithography)와 같은 다른 응용예들에서 사용될 수 있고, 문맥이 허용하는 경우 광학 리소그래피에 국한되지 않는다. 임프린트 리소그래피에서 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급되는 레지스트 층으로 가압될 수 있으며, 그 후 레지스트는 전자기 복사, 열, 압력 또는 이들의 조합을 적용함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후 패턴을 남기고 레지스트 밖으로 이동된다.

본원에 사용된 용어 "방사선" 및 "빔"은 자외선(UV) 방사선(예를 들어, 약 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외선(EUV) 방사선(예를 들어, 1-100 nm 범위의 파장을 가짐) 뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 종류의 전자기 방사선을 포함할 수 있다.

문맥이 허용하는 경우, 용어 "렌즈"는 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소를 포함하는 다양한 유형의 광학 구성요소 중 임의의 하나 또는 조합을 지칭할 수 있다. 반사 부품은 UV 및/또는 EUV 범위에서 작동하는 장치에 사용될 수 있다.

본 발명의 범위 및 폭은 위에서 설명된 예시적인 실시예 중 어느 하나에 의해 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

본원에 개시된 개념이 실리콘 웨이퍼와 같은 기판에 사용될 수 있지만, 개시된 개념은 임의의 유형의 리소그래피 시스템, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 이외의 기판 상의 이미징에 사용되는 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

위의 설명은 제한이 아니라 예시를 위한 것이다. 따라서, 아래에 설명된 청구범위를 벗어나지 않고 기술된 바와 같이 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (19)

1. 기판과 연관된 오버레이 측정치를 결정하는 방법으로서,
   간섭성 빔(coherent beam)을 사용하여 제1 오버레이 패턴 및 제2 오버레이 패턴 - 상기 제1 오버레이 패턴은 기판의 제1 층 상에 배치되고, 상기 제2 오버레이 패턴은 상기 기판의 제2 층 상에 배치됨 - 을 조명함으로써 회절 신호를 생성하는 단계;
   상기 회절 신호에 기반하여 간섭 패턴을 획득하는 단계; 및
   상기 간섭 패턴에 기반하여, 상기 제1 오버레이 패턴과 상기 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 측정치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 오버레이 패턴 및 상기 제2 오버레이 패턴은 기준 패턴을 사용하여 패터닝되는, 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 오버레이 패턴은 상기 기판 상의 제1 위치에서 이미징되고, 상기 제2 오버레이 패턴은 상기 기판 상의 제2 위치에서 이미징되며, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치와 대각선으로 마주하는, 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 간섭 패턴은 퓨필 평면에서 획득되는, 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 간섭 패턴은 상기 제1 오버레이 패턴 및 상기 제2 오버레이 패턴의 물리적 특성에 의존하는, 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 물리적 특성은 상기 제1 오버레이 패턴과 상기 제2 오버레이 패턴 사이의 거리, 상기 제1 오버레이 패턴과 상기 제2 오버레이 패턴의 피치, 상기 제1 오버레이 패턴과 상기 제2 오버레이 패턴의 선폭, 또는 이들의 조합인, 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 간섭 패턴은 상기 간섭성 빔의 파장 및 상기 제1 오버레이 패턴과 상기 제2 오버레이 패턴 사이의 거리에 의존하는, 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 간섭성 빔은 조정 가능한 광원으로부터 나오고, 상기 조정 가능한 광원은 상기 간섭성 빔의 상기 파장을 조정하도록 구성되는, 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 조정 가능한 광원은,
   상기 간섭성 빔의 파장 스위핑(wavelength sweeping)을 수행하며;
   상기 파장 스위핑과 연관된 변조된 간섭 무늬를 얻고;
   상기 변조된 간섭 무늬를 기반으로 상기 오버레이 측정치를 결정하도록 더 구성되는, 방법.
10. 제 4 항에 있어서,
    상기 퓨필 평면은 상기 기판에 대해 특정된 거리에 위치하고, 상기 특정된 거리는 입사 빔의 단일 파장보다 큰, 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭성 빔은 간섭성 가우시안 빔인, 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭성 빔은 상기 기판에 수직으로 입사하는, 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭 패턴을 획득하는 단계는:
    상기 제1 오버레이 패턴으로부터 회절된 제1 회절 신호를 획득하는 단계;
    상기 제2 오버레이 패턴으로부터 회절된 제2 회절 신호를 획득하는 단계;
    상기 퓨필 평면에서 상기 제1 회절 신호와 상기 제2 회절 신호를 중첩하는 단계; 및
    상기 중첩된 회절 신호에 기반하여 상기 퓨필 평면에서 상기 간섭 패턴을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 오버레이 패턴과 상기 제2 오버레이 패턴 사이의 상기 오버레이 측정치를 결정하는 단계는,
    상기 간섭 패턴의 제1 간섭 무늬와 연관된 제1 위치를 획득하는 단계 - 상기 제1 간섭 무늬는 상기 회절 신호의 0이 아닌 양의 차수의 회절과 연관됨 -;
    상기 간섭 패턴의 제2 간섭 무늬와 연관된 제2 위치를 획득하는 단계 - 상기 제2 간섭 무늬는 상기 회절 신호의 0이 아닌 음의 차수의 회절과 연관됨 -; 및
    상기 간섭 패턴과 연관된 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치에 기반하여, 상기 제1 오버레이 패턴과 상기 제2 오버레이 패턴 사이의 오버레이 오차를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 퓨필 평면에서의 상기 간섭 패턴은 더 높은 회절 차수를 포함하고, 상기 더 높은 회절 차수는 2차보다 큰, 방법.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로세서를 통해, 상기 오버레이 측정치가 오버레이 임계값 - 상기 임계값은 패터닝 공정의 수율과 연관됨 - 을 위반하는지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 임계값의 위반에 응답하여, 인터페이스를 통해 상기 패터닝 공정을 조정하라는 경고를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서를 통해, 상기 오버레이 측정치가 상기 오버레이 임계값을 위반하는지 여부를 결정하는 단계;
    상기 임계값의 위반에 응답하여, 상기 오버레이 측정치가 최소화되도록 상기 패터닝 공정에 사용된 패터닝 장치의 하나 이상의 파라미터를 조정하는 단계;
    상기 제2 층의 제거 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 제2 층의 상기 제거 공정 이후, 상기 패터닝 장치의 상기 조정된 하나 이상의 파라미터를 사용하여 상기 기판 상의 상기 제1 층 상에 새로운 층을 패터닝하는 단계를 더 포함하는, 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터는:
    상기 패터닝 장치의 입사 빔의 도즈(dose);
    상기 패터닝 장치와 연관된 초점; 및
    상기 패터닝 장치를 통해 이미징되는 상기 기판의 위치를 포함하는, 방법.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제거 공정은 화학 용액을 사용하여 상기 제2 층을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 화학 용액은 포토레지스트를 함유하는 층을 용해 가능한, 방법.

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