KR102098034B1 - 검사 장치, 검사 방법 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

제품 구조체(407, 330')는 결함(360-366)을 가지고 형성된다. 적어도 부분 간섭성인 EUV 방사선의 스폿(S)이 제품 구조체(604) 상에 제공되어 상기 제품 구조체에 의해 산란된 후에 방사선에 의해 형성되는 적어도 하나의 회절 패턴(606)을 캡쳐한다. 레퍼런스 데이터(612)는 공칭 제품 구조체를 기술한다. 제품 구조체의 적어도 하나의 합성 이미지(616)가 캡쳐된 이미지 데이터로부터 계산된다. 합성 이미지로부터의 데이터가 레퍼런스 데이터와 비교되어 제품 구조체 내의 결함(660-666)을 식별한다. 일 실시예에서, 복수 개의 회절 패턴이 직렬 중첩 스폿(S(1)-S(N))을 사용하여 획득되고, 합성 이미지는 회절 패턴 및 상대 변위에 대한 지식을 사용하여 계산된다. EUV 방사선은 관심 대상 구조체의 치수에 가까운, 5 내지 50 nm의 범위에 속하는 파장을 가질 수 있다.

Description

검사 장치, 검사 방법 및 제조 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2015 년 8 월 12 일에 출원되고 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합되는 EP 출원 번호 제 15180807.8 의 우선권을 주장한다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의해 디바이스를 제조할 때 결함 검출을 수행하기 위해 사용될 수 있는 검사 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 검사 장치에서 사용되기 위한 조명 시스템과, 리소그래피 기법을 사용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법을 구현하는 데에 사용되기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 불리는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다.

리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 선이 끊기거나 브릿징되는 것과 같은 결함을 피하기 위해서 프로세스를 조심스럽게 제어하고 조절해야 한다. 적용된 패턴 내의 결함을 점검하기 위해서 계측 툴이 사용된다. 결함 계측이 반도체 팹 수율과 직접적으로 관련되기 때문에, 이것은 반도체 산업의 가장 중요한 계측 중 하나이다. 흔히 결함은 기판 상의 특정 '핫 스폿'에 관련되기 때문에, 그러한 영역을 계측하는데 집중할 수 있다. 현대의 제품 구조체의 치수는 너무 작아서 가시 파장에서의 광계측 기법으로는 이미징될 수 없다. 예를 들어 작은 피쳐에는 다수의 패터닝 프로세스, 및/또는 피치-복제에 의해 형성되는 것들이 있다. 스캐닝 전자 현미경(SEM)이 이러한 현대의 제품 구조체를 직접적으로 해상할 수 있지만, SEM은 광학적 측정보다 훨씬 더 시간이 많이 걸린다.

발명자는, 간섭성 회절 이미징(CDI)의 기법이 관심 대상인 제품 구조체와 비견되는 파장의 방사선과 결합되면 현대 디바이스 구조체 상의 결함을 검출하기 위해 적용될 수 있을 수 있다고 여겼다. CDI도 역시 무렌즈 이미징이라고 알려져 있는데, 그 이유는 대상물의 이미지를 포커싱하기 위한 물리적 렌즈 또는 미러가 필요하지 않기 때문이다. 원하는 이미지는 캡쳐된 광 필드로부터 종합적으로 계산된다. CDI를 위한 다양한 기법들이 EUV 파장에서의 무렌즈 이미징을 설명하는 박사 논문인 M.W. Zㆌrch 저 "High-Resolution Extreme Ultraviolet Microscopy", Springer Theses, DOI 10.1007/978-3-319-12388-2_1에 기술된다. CDI의 특정 타입은 예를 들어 Phase Focus 유한회사 및 Sheffield 대학의 미국 특허 공개 번호 제 US 2010241396 및 미국 특허 번호 제 7,792,246, 제 8,908,910, 제 8,917,393, 제 8,942,449, 제 9,029,745 에 기술되는 타이코그래피(ptychography)이다. D. Claus 등은 논문 "Ptychography: a novel phase retrieval technique, advantages and its application" Proc. SPIE 8001, International Conference on Applications of Optics and Photonics, 800109 (July 26, 2011); doi:10.1117/12.893512 에서 타이코그래피에 대한 입문 내용을 제공한다. 타이코그래피에서, 위상 정보는 연속적인 캡쳐들 사이에서 다소 이동되는 조명 필드로 캡쳐된 복수 개의 이미지로부터 취출된다. 조명 필드가 중첩되기 때문에 위상 정보와 3-D 이미지가 복원될 수 있다. 다른 타입의 CDI도 역시 고려될 수 있다.

CDI의 다른 예는 안킬로그래피(ankylography)인데, 이것은 3-D 구조체의 특성을 단일 캡쳐로부터 결정할 수 있게 한다. 이를 위하여, 예를 들어 리소그래피에 의해 제작된 미세구조와 같은 대상물에 의해 회절된 방사선 필드의 이미지가 획득된다. EUV 파장에서의 안킬로그래피를 기술하는 문헌에는: 논문 "Designing and using prior data in Ankylography: Recovering a 3D object from a single diffraction intensity pattern" E. Osherovich 등(http://arxiv.org/abs/1203.4757) 및 E. Osherovich의 박사 논문 "Numerical methods for phase retrieval", Technion, Israel - Computer Science Department - Ph.D. Thesis PHD-2012-04 - 2012 가 있다. 다른 접근법은 K S Raines 등의 문헌 "Ankylography: Three-Dimensional Structure Determination from a Single View", published in Nature 463, 214-217 (14 January 2010), doi:10.1038/nature08705 및 Jianwei (John) Miao에 의한 관련 프리젠테이션, KITP Conference on X-ray Science in the 21st Century, UCSB, 2-6 August 2010 (http://online.kitp.ucsb.edu/online/atomixrays-c10/miao/에서 입수가능)에 기술된다.

본 발명의 목적은, 리소그래피에 의해 형성된 구조체의 결함 검사를 수행하기 위한 대안적인 검사 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 제품 구조체 내의 결함을 식별하기 위한 검사 장치로서,

조명 광학 시스템과 조합되는 방사선 소스 및 이미지 검출기를 포함하고,

상기 방사선 소스와 조명 광학 시스템은 상기 제품 구조체 상에 방사선의 스폿을 제공하도록 구성되며,

상기 이미지 검출기는 상기 제품 구조체에 의해 산란된 후에 상기 방사선에 의해 형성되는 적어도 하나의 회절 패턴을 캡쳐하도록 구성되고,

상기 검사 장치는 프로세서로서,

(i) 상기 캡쳐된 회절 패턴을 표현하는 이미지 데이터를 수신하고,

(ii) 공칭 제품 구조체를 기술하는 레퍼런스 데이터를 수신하며,

(iii) 상기 이미지 데이터로부터 상기 제품 구조체의 적어도 하나의 합성 이미지를 계산하고,

(iv) 상기 제품 구조체 내의 결함을 식별하도록 상기 합성 이미지로부터의 데이터를 상기 레퍼런스 데이터와 비교하도록 구성되는, 프로세서를 더 포함하는, 결함 검사 장치가 제공된다.

이러한 장치는 소위 "무렌즈" 이미징을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 그러면 더 짧은 파장을 위한 이미징 광학기를 제공하는 것과 연관된 문제점들이 회피된다. 구조체 내의 결함을 식별하기 위하여 획득되고 사용되는 이미지는 "합성 이미지"라고 불릴 수 있는데, 그 이유는 이것이 실 세계에는 존재하지 않기 때문이다: 이것은 데이터로서만 존재하며 산란된 방사선 필드를 나타내는 데이터로부터의 계산에 의해서 획득된다.

본 발명은, 제품 구조체 내의 결함을 식별하는 방법으로서,

(a) 상기 제품 구조체 상에 방사선의 스폿을 제공하는 단계;

(b) 상기 제품 구조체에 의해 산란된 후에 상기 방사선에 의해 형성되는 적어도 하나의 회절 패턴을 캡쳐하는 단계;

(c) 공칭 제품 구조체를 기술하는 레퍼런스 데이터를 수신하는 단계;

(d) 캡쳐된 이미지 데이터로부터 상기 제품 구조체의 적어도 하나의 합성 이미지를 계산하는 단계; 및

(e) 상기 식별 제품 구조체 내의 결함을 식별하기 위하여 상기 합성 이미지로부터의 데이터를 상기 레퍼런스 데이터와 비교하는 단계를 포함하는, 결함 식별 방법을 더 제공한다.

본 발명은 더 나아가, 디바이스 제조 방법으로서, 제품 구조체가 리소그래피 프로세스에 의하여 일련의 기판 상에 형성되고, 하나 이상의 처리된 기판 상의 제품 구조체에 있는 결합이 전술된 본 발명에 따라 측정되며, 추가적인 기판의 처리를 위해, 측정된 특성이 상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 조절하기 위하여 사용되는, 디바이스 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 전술된 본 발명에 따른 방법의 계산 단계를 구현하기 위한 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.

본원에서 개시된 장치와 방법의 이러한 양태와 다른 양태, 그리고 장점들은 예시적인 실시예들의 후속하는 설명과 도면을 고려하여 이해될 것이다.

본 발명의 실시예가 오직 예시를 통하여, 대응하는 참조 심벌들이 대응하는 부분을 표시하는 첨부된 개략도를 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1 은 리소그래피 장치를 도시한다;
도 2 는 본 발명에 따른 검사 장치가 사용될 수 있는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시한다;
도 3 은 주기적 구조체의 영역과 비-주기적 구조체의 영역을 가지는 예시적인 반도체 제품을 개략적으로 예시한다;
도 4 는 리소그래피에 의해 형성된 구조체의 일부를 (a) 공칭 형태로 (a) 그리고 상이한 타입의 결함과 함께((b) 및 (c)) 예시한다;
도 5 는 도 3 및 도 4 에 도시되는 타입의 구조체 내의 결함을 측정하는 데에 사용되기 위한 검사 장치를 개략적으로 예시한다;
도 6 은 회절 각도를 도 5 의 장치에 있는 평면형 검출기 상의 픽셀로 매핑하는 것을 예시한다(척도가 맞지는 않음);
도 7 은 도 5 의 장치로 타이코그래피를 수행하기 위하여 타겟 구조체의 중첩 부분으로부터 회절 패턴을 획득하는 것을 예시한다;
도 8 은 예를 들어 도 5 의 장치에서의 타이코그래피 방법을 사용하는, 본 발명의 일 실시예에 따라 관심 대상 구조체를 검사하는 방법을 개략적으로 예시한다; 및
도 9 는 리소그래피 제조 프로세스를 제어하는 데에 도 7 의 방법을 사용하는 것을 예시한다.

본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1 은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 이러한 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성되는 조명 시스템(illuminator)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 포지셔닝하도록 구성되는 제 1 포지셔너(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지대 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 각각 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판을 정확하게 포지셔닝하도록 구성되는 제 2 포지셔너(PW)에 각각 연결되는 두 개의 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa 및 WTb); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다. 기준 프레임(RF)은 다양한 컴포넌트들을 연결하고, 패터닝 디바이스와 기판의 위치와 그들의 피쳐들의 위치를 설정하고 측정하기 위한 기준으로서의 역할을 한다.

조명 시스템은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절형, 반사형, 자기적, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 장치에서, 일반적으로 반사성 광학 컴포넌트가 사용될 것이다.

패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 지향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 페이즈 천이 피처(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟부, 예컨대 집적 회로 내에 생성되는 중인 디바이스 내의 특정한 기능성 층에 대응할 것이다.

도시된 것처럼, 장치는 투과형이다(예를 들어, 투과형 패터닝 디바이스를 채용함). 또는, 장치는 반사형 타입(예를 들어 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 있다. 패터닝 장치의 예는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 및 프로그램가능(LCD) 패널을 포함한다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 그러므로, "패터닝 디바이스"라는 용어는 이러한 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스에 의하여 구현될 패턴을 규정하는 정보를 디지털 형태로 저장하는 디바이스를 지칭하는 것으로도 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 액침액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어가 임의로 사용되면 더 일반적인 용어인 "투영 시스템"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.

리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있다. 액침액은 또한 예컨대 마스크 및 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 가해질 수 있다. 액침 기법은 투영 시스템의 애퍼쳐(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다.

동작 시에, 조명기(IL)는 방사선 빔을 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우에, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사선 소스가 수은 램프인 경우에, 이러한 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요할 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.

예를 들어, 조명기(IL)는 방사선 빔의 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD), 집속기(IN), 및 콘덴서(CO)를 포함할 수도 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일성 및 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 지지 구조체(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA))를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 포지셔너(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 포지셔닝하기 위하여, 기판 테이블(WTa 또는 WTb)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 포지셔너(PM) 및 다른 위치 센서(도 1 에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA))를 정확하게 포지셔닝하기 위하여 사용될 수 있다.

패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟 영역을 점유하지만, 이들은 타겟 영역 사이의 공간(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수도 있다. 마찬가지로, 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA)에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다. 작은 정렬 마커들도 역시 다이에, 그리고 디바이스 피쳐들 사이에 포함될 수 있는데, 이러한 경우 마커는 가능한 한 작고 인접한 피쳐에 비하여 임의의 다른 이미징 또는 프로세스 조건을 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템이 상세히 후술된다.

도시된 장치는 다양한 모드들에서 사용될 수 있다. 스캔 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 동기되어 스캐닝되는 동안, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT)에 상대적인 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시의 타겟부의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의)을 한정하는 한편, 스캐닝 모션의 길이는 타겟부의 높이(스캐닝 방향에서의)를 결정한다. 당업계에 주지되는 다른 타입의 리소그래피 장치 및 동작 모드도 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려진다. 소위 무마스크 리소그래피에서, 프로그래밍가능한 패터닝 디바이스는 정지되게 홀딩되지만 변화하는 패턴을 가지며, 및 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다.

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

리소그래피 장치(LA)는 두 개의 기판 테이블(WTa, WTb)과 그들 사이에서 기판 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션(EXP) 및 측정 스테이션(MEA) - 을 가지는, 소위 듀얼 스테이지 타입이다. 하나의 기판 테이블에 있는 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에 있는 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있고, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 그러면 리소그래피 장치의 쓰루풋이 크게 증가할 수 있다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 높이 컨투어를 매핑하는 것과 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수도 있다. 기판 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 위치 센서(IF)가 측정할 수 없다면, 참조 프레임(RF)에 상대적인 이러한 스테이션 양자 모두에서의 기판 테이블의 위치를 측정할 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 구성이 알려져 있으며, 도시된 듀얼-스테이지 구성 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판 테이블 및 측정 테이블이 제공되는 다른 리소그래피 장치가 알려져 있다. 이것은 예비 측정을 수행할 때에 서로 도킹되고, 기판 테이블이 노광을 겪는 동안에 언도킹된다.

도 2 에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성하고, 이는 또한 기판 상에서 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 침착시키기 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 픽업하여, 이들을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 노광된 기판을 검사하여 후속층들 사이의 오버레이 에러, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 리소셀(LC)이 그 안에 위치되는 제조 설비는, 리소셀 내에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 수납하는 계측 시스템(MET)을 더 포함한다. 검사 결과는 감독 제어 시스템(SCS)으로 직접적으로 또는 간접적으로 제공된다.

본 명세서의 남은 부분에서, 검사 결함을 검사하는 것이 주된 관심 분야이다. 계측 시스템(MET)에서, 기판 상에 형성된 구조체 내의 결함을 식별하기 위해서 검사 장치가 사용된다. 오차가 검출되면, 기판을 재작업하는 것이 가능할 수 있고, 후속 기판의 노광 작업이 조절될 수 있다. 계측 시스템(MET)은 동일하거나 상이한 검사 장치를 사용하여 다른 계측 기능을 수행할 수 있다.

검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수도 있고, 또는 독립형 장치일 수도 있다. 가장 신속한 측정을 할 수 있기 위해서는, 검사 장치가 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 모든 검사 장치가 잠상을 유용하게 측정할만큼 충분한 감도를 가지는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고, 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광 후 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지를 측정하는 것도 가능하며, 그 시점에서 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나가 제거된다. 또한, 이미 노광된 기판들은 스트리핑되고 재작업(rework) 되며 - 수율을 개선하기 위하여 - 또는 폐기되어, 이를 통하여 오류가 있는 것으로 알려진 기판에 다른 처리를 수행하는 것을 회피할 수도 있다. 기판의 일부 타겟 영역에만 오류가 있는 경우, 양호한 것으로 간주되는 타겟 영역에만 추가의 노광이 수행될 수 있다.

결함에 대한 검사는 레지스트 층 아래의 재료 내로 레지스트 패턴이 에칭된 이후에 수행될 수도 있다. 그러면 결함있는 기판을 재작업해야 하는 가능성이 제한되는 반면에, 리소그래피 패터닝 이후에 제조 프로세스의 단계에서 발생하는 결함을 검출할 수 있다.

도 3 은 본 발명의 방법에 의해 결함을 결함 검사에 노출될 수 있는 제품 구조체의 특성을 예시한다. 제품 구조체가 도 1 및 도 2 에서 전술된 타입의 시스템을 사용하여 광학적 리소그래피에 의해 형성되었다는 것이 가정될 것이다. 그러나, 본 발명은 광학적 리소그래피만이 아니라 임의의 기법에 의해 형성된 극미세 구조체를 측정하는 데에 적용가능하다. 기판(W)은 타겟부(C)에 형성된 제품 구조체를 가지는데, 타겟부는 예를 들어 리소그래피 장치의 필드에 대응할 수 있다. 각각의 필드 내에서, 예를 들어 별개의 집적 회로 다이에 각각 대응하는 여러 디바이스 영역(D)이 규정될 수 있다.

각각의 디바이스 영역(D) 내에서, 리소그래피 처리에 의해 형성된 제품 구조체들은 기능성 전자 컴포넌트를 형성하도록 배치된다. 예를 들어, 도시된 제품은 DRAM 메모리 칩을 포함한다. 이것은 각각의 방향에서 수 밀리미터의 치수를 가질 수 있다. 제품은 여러 메모리 어레이 영역(302), 및 여러 로직 영역(304)을 포함한다. 메모리 어레이 영역(302) 내에서, 서브-영역(306)은 메모리 셀 구조체의 개개의 어레이를 포함한다. 이러한 서브-영역 내에서, 제품 구조체는 주기적일 수 있다. 알려진 복원 기법을 사용하면, 이러한 주기성이 결함 검출을 포함하여 측정 목적을 위해 활용될 수 있다. 반면에, 로직 영역(304) 내에서 구조체는 비-주기적 방식으로 배치된 서브-구조체를 포함할 수 있다. 종래의 검사 기법은 이러한 구조체에는 적합하지 않고, 본 발명은 예를 들어 주기적 영역뿐만 아니라 이러한 비-주기적 영역에서의 결함 검사를 가능하게 하기 위해서 무렌즈 이미징을 적용한다.

도 3 의 우측에는, 주기적 제품 구조체(306)의 작은 부분(평면도로만 도시됨)과 비-주기적 구조체(304)의 작은 부분(평면도와 단면도)이 도시된다. 다시 말하건대, 주기적 구조체는 DRAM 메모리 셀 어레이의 주기적 구조체일 수 있지만, 이것은 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다. 예시적인 구조체에서, 워드 라인(308) 및 비트 라인(310)을 형성하는 도체는 주기적 구조체 전체에 걸쳐 X 및 Y 방향으로 연장된다. 워드 라인의 피치는 P_w로 표시되고 비트 라인의 피치는 P_b로 표시된다. 이러한 피치들 각각은 예를 들어 수 십 나노미터일 수 있다. 액티브 영역(312)의 어레이는 경사된 배향으로 워드 라인 및 비트 라인 아래에 형성된다. 액티브 영역은 라인 피쳐의 어레이로부터 형성되지만 위치(312a)에서 절개되어 세로로 분할된다. 절개는 예를 들어 314 에서 점선 윤곽선으로 표시된 컷 마스크(cut mask)를 사용하여 리소그래피 단계에서 제조될 수 있다. 따라서 액티브 영역(312)을 형성하는 프로세스는 다수의 패터닝 프로세스 중 한 예이다. 비트 라인 콘택(316)은 각각의 비트 라인(310)을 그 아래의 액티브 영역(312)과 연결하도록 위치별로 형성된다. 당업자는 예시적인 제품 구조체에서 도시된 상이한 타입의 피쳐가 리소그래피 제조 프로세스 중에 연속 층에 형성되면서 Z 방향으로 분리된다는 것을 이해할 것이다.

또한 도 3 의 우측에는 비-주기적 제품 구조체(304)의 부분이 도시되는데, 이것은 단지 일 예로서 DRAM 제품의 논리 영역의 일부일 수 있다. 이러한 구조체는 예를 들어 액티브 영역(320) 및 도체(322, 324)를 포함할 수 있다. 도체는 평면도에서 개략적으로만 도시된다. 단면도에서 알 수 있는 바와 같이, 액티브 영역(320)은 바닥 층(326)에 형성되고, 도체(322)는 중간 층(328)에 형성되며, 도체(324)는 상단 층(330)에 형성된다. "상단 층"이란 용어는 도면에 도시된 제조 단계를 가리키는 것이고, 이것은 마감된 제품의 상단 층일 수도, 상단 층이 아닐 수도 있다. 도체(322 및 324)를 요구되는 지점에서 상호접속하기 위해 콘택(332)이 형성된다.

제조된 디바이스의 최종 성능은 포지셔닝의 정확도와 리소그래피 및 다른 처리 단계에 걸친 제품 구조체의 다양한 피쳐의 크기 결정에 따라 크게 달라진다. 도 3 이 이상적 또는 공칭 제품 구조체(304 및 306)를 도시하지만, 실제로 완벽하지 않은 리소그래피 프로세스에 의해 제작된 제품 구조체는 다소 상이한 구조체를 생성할 것이다. 실제 제품 구조체에서 대두될 수 있는 결함의 타입이 도 4 를 참조하여 다음에 예시될 것이다.

로직 영역(304)에 있는 제품 구조체의 섹션에 결함 검사를 수행하기 위해, 방사선의 스폿(S)이 표시된다. 예를 들어, 스폿 지름은 10 μm 이하일 수 있다. 검사는 전체 영역에 걸쳐서, 또는 결함이 발생할 수 있다고 알려진 영역(가끔 "핫 스폿"이라고 불림)에만 수행될 수 있다.

도 4 의 (a)는 제품의 소영역 내의 한 층에 형성될 수 있는 예시적인 구조체(330)를 도시한다. 구조체는 그 일부가 332 내지 352 로 명명되는 다양한 피쳐를 포함한다. 피쳐(332-350)는 예를 들어 도 3 에 도시되는 로직 영역(304) 내의 한 층에 형성될 수 있는 것과 같은 액티브 영역 또는 도체이다. 도시된 예는 연속적인 리소그래피 단계를 수반하는 다중 패터닝 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 예를 들어 피쳐(332 및 334)는 하나 이상의 리소그래피 단계에서 라인 피쳐를 제공한 후 다른 리소그래피 단계에서 컷 피쳐(352)를 형성함으로써 형성되었다. 또는, 이러한 패턴과 다른 패턴은 단일 리소그래피 단계에서 형성될 수 있다. 예시된 피쳐는 레지스트 층, 예를 들어 현상된 레지스트 층 내에 형성될 수 있고, 또는 이것은 레지스트 층 내의 패턴이 현상된 후에 증착 및 에칭 단계에 의해서 다른 재료에 형성될 수도 있다.

도 4 의 (a)는 리소그래피 단계가 완벽한 정렬 및 완벽한 이미징으로 수행된다면, 그리고 임의의 에칭 및 다른 단계도 역시 완벽하게 수행된다면 생성되었을 피쳐의 패턴을 보여준다. 물론, 이미 언급된 바와 같이, 이러한 단계에 의해 생성되는 실제 제품 구조체는 (a)에 도시된 것과 다를 수 있다. 도 4 의 (b)는 이러한 실제 제품 구조체에 존재할 수 있는 일부 종류의 결함을 보여준다. 실제 구조체는 330'이라고 명명되고, 실제 구조체에 있는 피쳐(332-352)는 이와 유사하게 332' 내지 352'으로 명명된다. 실제 구조체에 있는 피쳐(334 및 340)는 공칭 구조체에 있는 것보다 좀 더 두껍고, 결함(360)으로 표시되는 바와 같이 서로 브릿징되었다. 피쳐(342')의 단부는 요구되는 피쳐(342)와 비교할 때 일부만 형성된다(결함(362)). 피쳐(344')의 단부는 과형성된다(결함(364)). 피쳐(348')는 요구되는 피쳐(348)보다 좁고, 원치않게 인터럽트되었다(결함(366)). 결함(362 및 364)이 영역(304) 내의 로직 회로의 성능을 훼손할 수 있는 타입인 반면에, 결함(360 및 366)은 전체 기능을 저해할 수 있는 타입이라는 것이 이해될 것이다(수율 손실).

도 4 의 (c)는 다른 종류의 결함(368), 즉 오염을 예시한다. 이것은 처리 장치의 일부, 또는 기판 또는 이전의 기판으로부터 나온 재료의 입자일 수 있다.

결함(362 및 364)이 영역(304) 내의 로직 회로의 성능을 훼손할 수 있는 타입인 반면에, 결함(360 및 366)은 전체 기능을 저해할 수 있는 타입이라는 것이 이해될 것이다(수율 손실). 물론, 이것은 실제 제품 구조체에 생길 수 있는 결함의 유일한 타입이 아니다. 더욱이, 각각의 타입의 오차의 발생은 기판 전체에서 변할 수 있고, 각각의 필드 내에서도 변할 수 있다. 이전의 조사와 경험에 기초할 때, 결함이 가장 심하게 발생할 수 있는 일부 영역을 식별하는 것이 가능할 수 있다. 검사는 "핫 스폿"이라고 불릴 수 있는 그러한 영역에 집중될 수 있다.

처리된 반도체 기판의 형태인 제품이 예시되었지만, 검사가 필요한 다른 제품은 리소그래피 장치에서 패터닝 디바이스로서 사용되는 마스크 또는 레티클이다. 타겟 구조체는 이러한 패터닝 디바이스의 일부일 수 있다. 검사는 패터닝 디바이스의 제조 중에 또는 그 이후의 품질 제어를 위해 수행될 수 있다. 검사는 예를 들어 손상 또는 오염을 검출하기 위해서 패터닝 디바이스를 사용하는 중에 주기적으로 수행될 수 있다.

이러한 예에서 검사되는 구조체는 도포된 패턴과 이러한 패턴에 따라 형성된 구조체를 가진다. 그러나, 본 발명의 방법은 반도체 제품 또는 패터닝 디바이스를 위한 블랭크 기판의 검사에도 적시 적용될 수 있다. 그러한 경우에 검사는 층 두께 또는 조성, 및/또는 균일성을 측정하고 및/또는 손상 및 오염과 같은 결함을 검출하기 위한 것일 수 있다.

도 5 는 도 2 의 계측 시스템(MET)에서 사용되기 위한 검사 장치(400)를 개략적인 형태로 예시한다. 이러한 장치는 극자외선(EUV) 및 소프트 x-선(SXR) 범위에 있는 파장에서 소위 무렌즈 이미징을 구현하기 위한 것이다. 이러한 장치는 필요할 경우 하드 x-선을 사용하도록 적응될 수 있다. 본 발명의 목적을 위하여, 하드 x-선은 약 0.1 nm보다 적은, 예를 들어 0.01 내지 0.1 nm의 범위를 포함하는 범위를 가진 광선이라고 간주된다. 소프트-x-선 또는 EUV란 대략적으로 0.1 nm 내지 125 nm 범위의 파장을 가리킨다. 조사 대상인 구조체의 치수에 맞도록 이러한 범위의 상이한 서브-범위가 선택될 수 있다. 예를 들어, 현재의 리소그래피 기법의 한계에 있는 반도체 구조체의 경우, 0.1 내지 20 nm, 또는 0.1 내지 10 nm, 또는 1 내지 5 nm의 범위에 있는 파장이 고려될 수 있다. 구조체의 크기뿐만 아니라 그들의 재료 특성도 검사에서 사용할 파장을 선택하는 데에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 반사 모드에서 이미징을 수행하기 위해서, 적어도 구조체의 배경 재료는 사용되는 파장에서 양호한 반사 강도를 요구한다. 매립된 피쳐를 조사하기 위해서, 파장은 오버라잉 재료를 통한 충분한 침투를 얻도록 선택돼야 한다. 하드 x-선의 경우, 더 낮은 입사각이 요구될 것이고, 또는 이미징의 투과 모드가 채택될 수 있다(미도시).

이러한 측정 장치는 독립형 디바이스이거나 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC) 중 하나에 통합될 수 있다. 이것은 리소그래피 제조 설비의 다른 장치, 예컨대 에칭 툴 내에 통합될 수 있다. 이러한 장치는 물론 더 큰 계측 시스템의 일부로서 산란계 및 SEM 장치와 같은 다른 장치와 공동으로 사용될 수 있다.

검사 장치(400)는 방사선 소스(402), 조명 광학 시스템(404), 기판 지지대(406), 검출기(408) 및 프로세서(410)를 포함한다. 소스(402)는 예를 들어 고 고조파 생성(high harmonic generation; HHG) 기법에 기초한 EUV 또는 x-선 방사선의 생성기를 포함한다. 이러한 소스는 KMLabs, Boulder Colorado, USA(http://www.kmlabs.com/)에서 입수가능하다. 방사선 소스의 주된 구성 요소는 펌프 레이저(420)와 HHG 가스 셀(422)이다. 가스 서플라이(424)는 가스 셀에 적합한 가스를 공급하고, 가스는 가스 셀에서 전기적 소스(426)에 의해 선택적으로 이온화된다. 펌프 레이저는 예를 들어, 필요한 경우 수 메가헤르쯔에 달하는 펄스 반복률로 초당 1 ns(1 나노초) 미만 동안 지속되는 적외선 방사선의 펄스를 생성하는 광학적 증폭기를 가진 섬유-기초 레이저일 수 있다. 파장은 예를 들어 1 μm(1 마이크론)의 영역에 있을 수 있다. 레이저 펄스는 제 1 방사선 빔(428)으로서 HHG 가스 셀(422)로 전달되는데, 거기에서 방사선의 일부가 더 높은 주파수로 변환되고 제 1 방사선은 요구되는 EUV 또는 x-선 파장 또는 파장의 간섭성 방사선을 포함하는 빔(430)으로 변환된다. 후술되는 논의에서, EUV 방사선이 일 예로서 사용될 것이다.

간섭성 회절 이미징을 위한 방사선은 공간적으로 간섭성이어야 하지만, 이것은 다중 파장을 포함할 수 있다. 방사선이 단색이기도 하다면, 무렌즈 이미징 계산이 단순화될 수 있지만, 여러 파장을 가진 방사선을 생성하는 것은 HHG를 사용하는 것이 더 용이하다. 이것은 설계 선택의 문제이고, 동일한 장치 내의 선택가능한 옵션일 수도 있다. 상이한 파장은 상이한 재료의 구조체를 이미징할 때에, 예를 들어 상이한 레벨의 콘트라스트를 제공할 것이다. 예를 들어 금속 구조체 또는 실리콘 구조체를 검사하기 위해서, (탄소계) 레지스트의 피쳐를 이미징하거나, 또는 이러한 상이한 재료의 오염을 검출하기 위해서 사용되는 것에 맞게 상이한 파장이 선택될 수 있다. 또는, 하나 이상의 필터링 디바이스(432)가 제공될 수도 있다. 예를 들어, 알루미늄(Al)의 박막과 같은 필터는 기본 IR 방사선이 검사 장치 내로 더 들어가는 것을 막는 역할을 할 수 있다. 가스 셀 내에 생성된 것들 중에서 하나 이상의 특정한 고조파 파장을 선택하기 위해 격자가 제공될 수 있다. EUV 방사선이 공기 중에서 진행할 때는 흡수된다는 것에 유념하면, 빔 경로의 일부 또는 전부는 진공 환경 내에 보유될 수 있다. 방사선 소스(402) 및 조명 광학기(404)의 다양한 컴포넌트들은 동일한 장치 내에서 상이한 계측 '레시피'를 구현하도록 조절가능할 수 있다. 예를 들어, 상이한 파장 및/또는 편광이 선택가능해질 수 있다.

대량 애플리케이션을 위해서, 적합한 소스를 선택하는 것은 이론적인 성능에 의해서만 아니라 비용과 하드웨어 크기에 의해 인도될 것이고, HHG 소스가 여기에서 일 예로서 선택된다. 이론 상 적용될 수 있는 다른 타입의 소스도 역시 이용가능하거나 개발 중에 있다. 예에는 싱크로트론 소스, FEL(자유 전자 레이저) 소스 및 소위 x-선 레이저가 있다. 충분한 간섭성 방사선을 제공하도록 발전된다면, 반전 콤프턴 산란에 기초한 소스도 역시 사용될 수 있다. 매립 구조체를 이미징하기 위해서, 검사 대상인 구조체의 재료에 따라서 상이한 파장이 하위 층으로의 관통의 요구되는 레벨을 제공할 수 있다. 최소 디바이스 피쳐 중에서 최소 디바이스 피쳐 및 결함을 결정하기 위해서는 짧은 파장이 선호될 수 있다. 예를 들어 1-20 nm 또는 1-10 nm의 범위 내의 파장이 선택될 수 있다. 5 nm보다 짧은 파장은 반도체 제조 시에 통상적으로 관심 대상인 재료에서 반사할 때 매우 낮은 임계 각도라는 문제를 겪게 된다. 그러므로 5 nm보다 큰 파장을 선택하면 더 높은 입사각에서 더 강한 신호가 생길 것이다. 반면에, 검사 태스크가 어떤 재료의 존재를 검출하기 위한 것이라면, 예를 들어 오염을 검출하기 위한 것이라면, 50 nm까지의 파장이 유용하게 사용될 수 있다.

방사선 소스(402)로부터 나온 필터링된 빔(430)은 검사 챔버(440)에 진입하고, 거기에서 관심 대상 구조체를 포함하는 기판(W)이 검사되기 위해서 기판 지지대(406)에 의해 홀딩된다. 관심 대상 구조체는 407 로 명명된다. 관심 대상 구조체는 비-주기적 제품 영역, 예컨대 도 3 에 도시되는 제품의 로직 영역(304)의 일부일 수 있다. 검사 챔버(440) 내의 기압은 진공 펌프(442)에 의해 진공으로 유지됨으로써, EUV 방사선이 주변을 통해 부적절하게 감쇠되지 않고 전달될 수 있게 한다. 조명 광학기(404)는 방사선을 포커싱된 빔(444)으로 집광하는 포커싱을 가지고 있으며, 예를 들어 2차원적으로 만곡된 미러, 또는 일련의 일차원적으로 만곡된 미러를 포함할 수 있다. 포커싱은 관심 대상 구조체(407) 상에 투영될 때 직경이 10 μm 미만인 원형 또는 타원형 스폿을 얻도록 수행된다. 기판 지지대(406)는 예를 들어, 기판(W)의 임의의 부분을 원하는 방향에서 빔(444)의 초점으로 이동시킬 수 있는 X-Y 병진 스테이지(446) 및 회전 스테이지(448)를 포함한다. 따라서, 방사선 스폿(S)이 관심 대상 구조체 상에 형성된다.

하나 이상의 차원에서의 기판은 틸팅될 수도 있다. 스폿(S)을 요구되는 제품 구조체와 정렬하고 포커싱하는 것을 돕기 위해서, 보조 광학기(450)는 프로세서(410)에 의해 제어되는 보조 방사선(452)을 사용한다. 프로세서(410)는 스테이지(446 및 448)를 작동시키는 위치 제어기(454)와도 통신할 수 있다. 프로세서(410)는 기판의 위치 및 배향에 대한 고도로 정확한 피드백을 센서(456)를 통해 수신한다. 센서(456)는 예를 들어 피코미터의 영역에서 정확도를 제공할 수 있는 간섭측정계를 포함할 수 있다.

검출기(408)는 두 차원에서의 각도 θ 의 범위에 걸쳐서 제품 구조체(306')에 의해 산란된 방사선(460)을 캡쳐한다. 경면 빔(specular beam; 462) 이란 방사선의 "직선" 부분을 나타낸다. 이러한 경면 빔은 스톱(미도시)에 의해 선택적으로 차단되거나, 검출기(408) 내의 애퍼쳐를 통과한다. 실제 구현형태에서, 중앙 스톱이 있는 이미지와 없는 이미지가 촬영되고 결합되어 회절 패턴의 높은 동적 범위(HDR) 이미지를 획득한다. 회절 각도의 범위는 당업계에서 에발트 구라고 알려진 개념적인 구(464) 상에 도시될 수 있는 반면에, 검출기(408)의 표면은 더 편리하게도 평평할 것이다. 검출기(408)는 예를 들어 픽셀의 어레이를 포함하는 CCD 또는 CMOS 이미지 검출기일 수 있다.

도 6 은 회절 각도(및 결과적으로 에발트 구(464) 상의 점)를 평면형 검출기(408) 상의 픽셀로 매핑하는 것을 예시한다(척도에 맞는 것은 아님). 픽셀 어레이의 차원은 준-사시도에서 U, V로 명명된다. 회절된 방사선(460)은 에발트 구(464)의 중심을 규정하는 점에서 샘플 제품 구조체에 의해 편향된다. 회절된 방사선의 두 광선(460a 및 460b)은 경면 선(462)에 대한 각각의 각도 θ를 가지고 제품 구조체에 의해 산란된다. (관념적인) 에발트 구 상의 점을 통과하는 각각의 광선(460a, 460b)은 검출기(408)의 (실제) U-V 평면에 있는 특정 포인트에 충돌하고, 여기에서 대응하는 픽셀 검출기에 의해 검출된다. 검사 챔버 내의 장치의 기하학적 구조를 알면, 프로세서(410)는 검출기(408)에 의해 캡쳐된 이미지에 있는 픽셀 위치를 에발트 구(462) 상의 각도 위치로 매핑할 수 있다. 편의상, 반사된 방사선의 경면 부분(462)은 도면에서 수평 방향 그리고 검출기(408)의 평면에 수직인 방향과 정렬된다. 이러한 구성은 이미징 계산을 단순화할 수 있지만, 임의의 좌표계가 선택될 수도 있다. 따라서, 검출기(408)에서의 방사상 거리 r이 각도 θ로 매핑될 수 있다. 제 2 각도 좌표 φ는 도면의 평면으로부터 벗어나는 편향을 나타내고, 역시 검출기 상의 위치로부터 매핑될 수 있다. 도면에서는 검출기 상의 라인(466)에 있는 픽셀에 대응하는, φ = 0 인 광선만이 도시된다.

도 4 로 돌아가면, 픽셀 데이터(466)는 검출기(408)로부터 프로세서(410)로 전달된다. 무렌즈 이미징을 사용하면, 타겟의 3-D 이미지(모델)가 이미지 검출기에서 캡쳐된 회절 패턴으로부터 복원될 수 있다. 의도된 패턴의 지식과 함께 복원 이미지로부터, 결함이 프로세서(410)에 의해 식별되고 리소그래피 제조 설비의 운영자 및 제어 시스템에게 보고된다. 프로세서(410)는 이론 상 광학 하드웨어 및 검사 챔버로부터 원격에 위치할 수 있다는 것에 주의한다. 프로세서의 기능은 본 명세서에 개시된 원리로부터 벗어나지 않으면서 로컬 및 원격 처리 유닛에 분리될 수 있다. 예를 들어, 로컬 프로세서는 온 하나 이상의 기판에 있는 하나 이상의 제품으로부터의 이미지를 캡쳐하도록 제어될 수 있는 반면에, 원격 프로세서는 픽셀 데이터를 처리하여 해당 구조체의 측정을 얻는다. 동일한 프로세서 또는 심지어 다른 프로세서가 감독 제어 시스템(SCS) 또는 리소그래피 장치 제어기(LACU)의 일부를 형성하고 이러한 측정을 사용하여 장래 기판에서의 성능을 개선할 수 있다.

언급된 바와 같이, 검사 장치는 간섭성 회절 이미징(CDI)을 수행하도록 구현된다. CDI를 위한 다양한 기법들이 EUV 파장에서의 무렌즈 이미징을 설명하는 박사 논문인 M. W. Zㆌrch 저 "High-Resolution Extreme Ultraviolet Microscopy", Springer Theses, DOI 10.1007/978-3-319-12388-2_1에 기술된다.

도 7 을 참조하면, 특정 타입의 CDI는 예를 들어 Phase Focus 유한회사 및 Sheffield 대학의 특허 출원 공개 번호 제 US 2010241396 및 미국 특허 번호 제 7,792,246, 제 8,908,910, 제 8,917,393, 제 8,942,449, 제 9,029,745 에 개시된 타이코그래피이다. D. Claus 등은 논문 "Ptychography: a novel phase retrieval technique, advantages and its application" Proc. SPIE 8001, International Conference on Applications of Optics and Photonics, 800109 (July 26, 2011); doi:10.1117/12.893512 에서 회절학에 대한 입문 내용을 제공한다. 타이코그래피에서, 위상 정보는 연속적인 캡쳐들 사이에서 다소 이동되는 조명 필드로 캡쳐된 복수 개의 이미지로부터 취출된다. 조명 필드가 중첩되기 때문에 위상 정보와 3-D 이미지가 복원될 수 있다. 다른 타입의 CDI도 역시 고려될 수 있다.

도 7 의 (a)에서, 회절 패턴의 하나의 이미지가 캡쳐되는 동안의 입사 빔(444), 산란된 빔(460) 및 검출기(408)가 도시된다. 관심 대상 구조체(407)는 정방형 타겟 영역(T)으로 표현된다. 포커싱된 스폿(S)은 제 1 위치에 있고, 예를 들어 타겟 영역의 중간에 있다. 입사 광선(470)이 표현되고, 경면 광선(462) 및 산란된 광선(460a, 460b)은 도 6 에서 유사한 명칭을 가진 광선에 대응한다. 이러한 광선은 대표적인 것일 뿐이고, 빔(444 및 460) 내에서 광선은 입사 및 산란의 각도에 걸쳐서 확산된다는 것이 이해될 것이다. 스폿(S) 내의 각각의 포인트로부터, 경면 광선(462)이 검출기 상의 영역(472) 내의 모든 포인트에 입사한다. 이와 유사하게, 산란된 광선(460a, 460b)도 검출기 상의 임의의 포인트에 입사할 수 있다. 결과적으로, Claus 등의 논문에 설명된 바와 같이, 스폿(S) 내의 관심 대상 구조체의 회절 차수는 서로 중첩되어 검출기(408)에 의해 캡쳐된 회절 패턴을 형성한다. 빔(444) 내의 방사선은 스폿 영역(S) 내에서 공간적으로 간섭성이다.

스폿 영역에 걸친 전체 공간적 코히어런스가 계산을 단순화할 것이지만, 계산에 추가 단계들이 적용된다면 양호한 회절 이미징을 위해서 부분적인 코히어런스도 충분할 수 있다는 것이 발견된다. 이러한 분야에서의 연구 보고서가 Ian McNulty의 프리젠테이션` "Coherence and partial coherence - what do we need?", Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory, USA, at the MBA Lattice Workshop, Advanced Photon Source, 21-22 October 2013 (2015 년 8 월 11 일에 인터넷에서 검색)에 제공된다. 이러한 기법과 추가 기법들이 Harry Quiney의 프리젠테이션 "Partial coherence in diffractive X-ray imaging: towards biomolecular structure determination", ARC Centre for Coherent X-ray Science, School of Physics, The University of Melbourne(2015 년 8 월 11 일에 인터넷에서 검색)에서 검토된다. 이러한 하나의 기법에서, 부분 간섭성 방사선은 수 개의 공간 간섭성 모드들의 중첩으로서 모델링된다. CDI는 방사선을 간섭성으로서 처리하려고 시도하는 대신에, 각각의 모드를 CDI 알고리즘 내에서 이러한 모드들에 대해 각각 최적화함으로써 수행될 수 있다. 이러한 기법은 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 L. Whitehead 등의 "Diffractive Imaging Using Partially Coherent X Rays", Phys. 103, 243902 (2009)에서 더욱 기술된다.

도 7 의 (b)에서 제 2 회절 패턴을 캡쳐하는 것을 볼 수 있다. 타이코그래피에서는 적어도 두 개의 패턴이 필요하다. 프로세스는 도 7 의 (a)에 도시되는 것과 같다. 기판과 이제 444' 으로 명명된 입사 빔 사이에서 소변위(474)(이러한 예시도에서는 X 방향에서의 병진)가 이루어졌다. 언급된 바와 같이, 장치는 이러한 변위를 센서(456)를 사용하여 매우 정확하게 기록할 수 있다. 변위(474)의 세부 내용이 캡쳐된 회절 패턴과 함께 기록된다. 반도체 제조에서 사용되도록 적응된 실제 구현형태에서, 소스 및 다른 광학 컴포넌트는 정지된 상태를 유지하는 반면에, 타겟(T)이 있는 기판이 프로세서(410)에 의해 제어되는 스테이지(446, 448)를 사용하여 새 위치로 이동할 수 있다. 이론 상, 다른 컴포넌트가 이동하는 동안 관심 대상 구조체는 정지 상태를 유지할 수 있다. 이제 스폿(S)이 이전 위치 S'과 다르지만 상당히 중첩하는 스폿 영역을 가지고 타겟 영역(T)에 형성된다. 타겟 영역(T)의 이전 위치는 T'으로 표시된다. 산란된 광선(460a', 460b')은 이전과 동일하게 검출기(408)에서 캡쳐된다. 세기만을 기록하는 회절 패턴은 도 7 의 (a)에서 캡쳐된 것과 매우 유사하지만, 스폿 영역(S 및 S')이 중첩하기 때문에 패턴들 사이의 작은 차이가 위상 정보를 복원하기 위해 사용될 수 있다. 인접한 스폿 영역들 사이의 중첩 정도는 30% 보다 클 수 있고, 예를 들어 스폿 영역의 약 50%일 수 있다.

필요하면 세 개 이상의 회절 패턴이 캡쳐될 수 있다. 도 7 의 (c)는 모두 X 및/또는 Y 방향에서 서로 변위되지만 모두 그들의 이웃 중 하나 이상과 많이 중첩하는 일련의 변위된 방사선 스폿(S(1) 내지 S(N))에 의해 각각 커버되는 두 가지 예를 보여준다. 스폿(S)의 직경이 5 또는 10 μm에 불과하다는 것에 유념하면, 요구되는 이미징의 해상도는 약 1 nm이다. 계산된 이미지에 의해 커버된 영역은 적어도 두 개의 스폿이 중첩하는 영역에 대응하기 때문에, 필요하다면 직사각형 영역(T1, T2)은 이론 상 더 복잡한 형상으로 확장될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 합성된 이미지가 영역(T1)의 경우 예를 들어 2 μm * 2 μm에 지나지 않는 타겟 영역(T1)을 커버할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러한 경우에도, 이것은 수 백 개 또는 심지어 수 천 개의 기능성 디바이스를 도 3 의 DRAM 칩과 같은 제품 내에 망라할 수 있다. 결과적으로, 실제 검사 태스크에서는 두 개 또는 수 개의 캡쳐만이 필요할 수 있다.

발명자는, 간섭성 회절 이미징, 예를 들어 타이코그래피가 복잡하고 광범위한 디바이스 구조체를 검사하기 위해 적용될 수 있다고 결정했다. 설명된 기법은 현대 반도체 리소그래피 기법에 의해 제조된 최소 피쳐와 비견될 수 있는 파장의 방사선을 사용하여 높은 공간 분해능을 가진 결함 검사를 달성한다. HHG 방사선 소스(및 간섭성 반전 콤프턴 산란 소스와 같은 장래의 다른 소스)는 밝기 때문에, 고볼륨 제조 중의 정규 검사를 위해 요구되는 것과 같이 1 초의 일부의 시간 동안 측정이 이뤄질 수 있게 된다. CDI를 사용함으로써 실제 구조체의 고해상도 이미지가 얻어질 수 있고, 이것이 이제 공칭 구조체와 비교되어 도 4 에 예시된 타입의 결함을 식별할 수 있다.

도 8 은 관심 대상 구조체(407)의 특성을 측정하기 위해서 도 5 의 장치를 사용하는 전체 결함 검사 프로세스를 예시한다. 이러한 프로세스는 적합한 소프트웨어(프로그램 명령)에 의해 제어되어 동작하는 프로세서(410)와 공동으로, 도면에 도시된 하드웨어의 동작에 의해 구현된다. 전술된 바와 같이, (i) 하드웨어의 동작을 제어하는 기능 및 (ii) 이미지 데이터(466)를 처리하는 기능은 동일한 프로세서에 의해서 수행될 수 있고, 또는 상이한 전용 프로세서에 분리될 수도 있다. 이미지 데이터의 처리도 역시 동일한 장치에서 수행될 필요가 없고, 심지어 동일한 국가에서 수행될 필요가 없다.

602 에서, 기판 지지대(406)의 액츄에이터를 사용하여 제품 구조체(407)가 검사 챔버(440)내의 방사선 스폿(S)으로 제공된다. 이러한 관심 대상 구조체는 예를 들어 도 4 의 (b) 또는 (c)에 예시된 제품 구조체(330')를 포함할 수 있고, 이것은 이제 도 3 에 도시된 제품의 로직 영역(304) 내의 작은 영역이 될 수 있다. 스폿(S)이 제 1 상대 위치에 있는 관심 대상 구조체를 조사할 때에 회절 패턴을 기록하는 적어도 하나의 세기 분포 이미지(606)를 캡쳐하기 위해서, 604 에서 방사선 소스(402) 및 검출기(408)가 일 회 이상 작동된다. 타이코그래피를 사용하는 일 실시예에서, 도 7 에 예시된 중첩 방식으로 천이되지만 중첩하는 스폿(S)을 가지는 두 개 이상의 이미지가 캡쳐될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 추가 이미지(606')가 각각의 회절 패턴을 캡쳐하기 위해 획득된다. 방사선 소스가 초당 EUV 방사선의 수 천 개의 펄스를 생성하는 경우, 하나의 캡쳐된 이미지가 예를 들어 많은 펄스로부터의 광자를 누적시킬 수 있다. 예를 들어, 노이즈 감소 및/또는 높은 동적 범위(HDR)를 달성하기 위해서 단일 이미지(606, 606') 등은 여러 개개의 캡쳐로부터 합성될 수도 있다. 이러한 세부사항이 여기에서 제공되는 프로세스의 단순화된 버전의 기초를 이룬다는 것이 이해될 것이다. 또한, 각각의 이미지와 연관된 장치의 동작 파라미터, 예를 들어 조명 파장, 편광 등을 규정하는 보조 데이터(메타데이터)(608)도 기록된다. 이러한 메타데이터는 각각의 이미지(606, 606')와 함께 수신되거나, 이미지의 세트에 대해서 미리 규정되고 저장될 수도 있다. 타이코그래피를 위해서는, 보조 데이터(608)가 스폿의 위치가 이미지들 사이에서 서로 연관되게 하는 상대적인 변위(474)를 기록한다는 것이 중요하다.

데이터베이스(610)로부터의 레퍼런스 데이터가 역시 수신되거나 이전에 기록된다. 도시된 예에서, 레퍼런스 데이터(612)는 실제 디바이스 구조체(330')가 따를 것으로 추정되는 공칭 구조체(330)의 적어도 일부 피쳐를 나타낸다. 예를 들어, 레퍼런스 데이터는 공칭 구조체의 파라미터화된 기술(description)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이것은 한 층 내의 모든 피쳐의 경로, 라인 폭, 라인 높이를 포함할 수 있다. 이것은 두 개 이상의 층의 파라미터화된 기술을 포함할 수 있다. 이것은 양호한 예시적인 제품의 실제 이미지를 포함할 수 있다.

수신된 이미지 데이터(606, 606') 및 메타데이터(608) 및 레퍼런스 데이터(612)로부터, 프로세서(PU)는 614 에서 간섭성 회절 이미징 계산을 수행한다. 이것은, 예를 들어 방사선과 구조체의 상호작용을, 반복적으로 시뮬레이션하는 것과 중첩하는 스폿 영역(S, S')의 지식을 사용하여 시뮬레이션을 제약하는 것을 포함한다. 각각의 캡쳐된 이미지 자체는 회절 패턴의 세기에 불과하다고 하더라도, 이러한 지식을 사용하면 위상 검출이 얻어질 수 있다. 단계 614 에서의 계산은, 예를 들어 실제 제품 구조체가 실제 이미징 광학 시스템에 의해 이미지 센서 상에 포커싱되었다면 보이게 될 2-차원 또는 3-차원 합성 이미지(616)를 계산하기 위해 수행될 수 있다.

단계 614 의 상세한 구현은 전술된 Phase Focus/Sheffield 대학의 참조 문헌에 개시된 무렌즈 이미징의 기법에 기초할 수 있다. 비록 도면에서 이미지(616) 및 레퍼런스 데이터(612)의 표면이 2-차원이지만, 이러한 방법에 의해 3-차원의 이미지, 또는 상이한 깊이로 포커싱되는 2-차원의 이미지가 생성될 수 있어서, 제품 구조체의 상이한 층에 있는 피쳐가 해상될 수 있게 된다는 것이 이해될 것이다. 많은 결함 검사를 위해서는 2-차원의 이미지로 충분할 것이다. .

620 에서 복원 이미지(616)를 공칭 구조체(612)와 비교하여 실제 구조체 내의 결함을 검출하기 위해 계산이 이루어진다. 구조체(330')에 있는 예시적인 피쳐를 사용하면, 이미지(616)는 이것을 330"에서 나타낸다. 이러한 피쳐는 레퍼런스 데이터(612)에 표현된 공칭 구조체(330)의 피쳐와 비교되어, 실제 구조체(330') 내의 결함(360, 362, 364 및 366)에 대응하는 결함(660, 662, 664, 666)이 식별되고 보고된다. 오염 결함(368)(도 4 의 (c))의 경우, 이것도 역시 668 에 예시된 바와 같이 검출될 것이다.

결함은 본 명세서에서 설명되는 기본적인 방법에서 벗어나지 않으면서 여러 방법으로 검출될 수 있다. 예를 들어, 이미지(616)는 레퍼런스 데이터(612)에서 표현되는 기대 이미지와 전체적으로 비교될 수 있다. 또는, 개개의 피쳐가 식별되고 레퍼런스 데이터(612)에 표현되는 대응하는 피쳐와 비교될 수 있다.

파선으로 표시되는 바와 같이, 데이터베이스(610)로부터의 레퍼런스 데이터(622)가 CDI 프로세스(614)에서 사용될 수 있다. 이러한 데이터가 어떻게 유용하게 사용될 수 있는지는 CDI의 형태와 특정한 경우의 곤란한 상황에 따라 달라진다. 일 예로서, 예를 들어 Zㆌrch의 참조 문헌에서 기술되는 공지된 반복적 위상 검출 기법에서, 초기 위상은 캡쳐된 회절 패턴의 픽셀에 랜덤 위상을 지정한다. 랜덤 위상을 지정하는 대신에, 기대 구조체를 나타내는 레퍼런스 데이터(622)가 위상 정보를 포함하는 시뮬레이션된 회절 패턴을 순방향 회절 모델에 의해서 계산하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 시뮬레이션된 위상 정보는 반복적 위상 검출 프로세스에서 초기 위상 추정으로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 반복 프로세스는 실제 구조체에 대한 올바른 값으로 더 신속하게 및/또는 더 신뢰성있게 수렴할 것으로 기대될 수 있다. 이러한 레퍼런스 데이터(622)를 사용하면 이미지 노이즈 제약을 계승하거나 완화하기 위해 CDI에 의해 요구되는 캡쳐된 이미지들의 개수도 역시 감소될 수 있다. 이러한 이점 모두가 전체 획득 시간을 줄이는 데 도움이 될 것이고, 구조체의 더 큰 쓰루풋, 또는 더 많은 검사 횟수가 가능해질 것이다.

예시된 프로세스는, 디바이스 영역(304, 306) 및/또는 기판(W) 전체에 걸쳐 이격될 수 있는 관심 대상인 모든 구조체에 대해서 반복된다. 프로세스의 계산적 부분들은 시간과 공간적으로 이미지 캡쳐로부터 분리될 수 있다는 것에 주의한다. 물론 실시간이라면 바람직할 것이지만, 계산은 실시간으로 완료될 필요가 없다. 단계 604 에서의 이미지의 캡쳐를 위해서만 기판이 있어야 하기 때문에, 해당 단계만이 리소그래피 제조 프로세스 전체의 생산성 쓰루풋에 영향을 준다.

CDI 프로세스의 원리는 관심 대상 구조체의 정보가 푸리에 공간에서 가지는 리던던시를 사용하는 것이다. 타이코그래피에서, 캡쳐들 사이에서의 병진이 있는 방사선의 중첩하는 스폿을 사용해서 얻어진 이러한 리던던시가 전통적으로 사용된다. 선호될 경우, CDI는 상이한 타입의 리던던시를 가지고 수행될 수 있다. 예를 들어, 위상 검출을 지원하기 위해서 정보 패턴(코딩)이 입사 방사선에 중첩될 수 있다. 상이한 기법들이 함께 또는 대안으로서 사용될 수 있다. 다른 변형예에서, 회절 패턴은 스폿을 변위시키는 대신에, 또는 이에 추가하여 상이한 파장을 사용해서 캡쳐될 수 있다. 상이한 파장에 대한 이미지 데이터가 단일 CDI 계산에 사용될 수 있고, 또는 동일한 관심 대상 구조체의 상이한 합성 이미지를 얻기 위해서 별개의 CDI 계산이 수행될 수도 있다. 이러한 상이한 합성 이미지는 함께 사용될 수도 있고, 최적의 하나가 선택될 수도 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 파장이 0.1 nm보다 짧은 x-선을 사용하려면 장치의 기하학적 구조가 변해야 할 수 있다. 얕은 그레이징 입사각 α가 사용될 수 있고, 또는 그 대신에 투과 모드가 사용될 수도 있다. 그레이징 입사에서 하드 x-선을 사용하면, 유용한 반사도를 얻기 위해 요구되는 입사각이 극히 얕기 때문에 적어도 하나의 차원에서 스폿 크기를 제어하는 것이 어렵다. 그러나, 소스 파워가 이를 허용한다면, 이러한 기법은 더 높은 입사각과 함께 작용하여 스폿 크기를 작게 유지할 수 있다. 더 짧은 x-선 파장과 비교할 때 1-20 nm 또는 1-40 nm의 범위에 있는 EUV 방사선을 사용하는 장점은, 5°보다 큰, 또는 심지어 10°보다 크거나 20°보다 큰 각도 α에서 통상적 제품 재료로부터 큰 반사율이 얻어질 수 있다는 것이다. HHG 소스 또는 반전 콤프턴 산란 소스와 같은 밝은 소스와 커플링되면, 작은 방사선 스폿으로도 높은 검사 쓰루풋이 얻어질 수 있다. 소스가 충분히 밝으면 더 낮은 반사율도 용인될 수 있어서, 수직 또는 거의 수직인 입사도 사용될 수 있다.

리소그래피 프로세스를 사용하여 디바이스를 제조하는 방법은, 본 명세서에 개시된 바와 같은 검사 장치를 제공하고, 관심 대상인 하나 이상의 구조체 내의 결함을 식별하기 위해 처리된 기판을 측정하려고 이것을 사용하며, 이러한 프로세스의 파라미터를 조절하여 후속 기판의 처리를 위해 리소그래피 프로세스의 성능을 개선 또는 유지함으로써 개선될 수 있다.

도 9 는 전술된 무렌즈 이미징 방법을 사용하여, 도 1 및 도 2 에 도시되는 것과 같은 리소그래피 제조 설비를 제어하는 일반적인 방법을 예시한다. 702 에서, 기판은 설비 내에서 처리되어 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 하나 이상의 구조체(407)를 생성한다. 구조체는 웨이퍼에 걸쳐서 상이한 위치에 분포될 수 있다. 구조체는 기능성 디바이스의 일부일 수 있고, 또는 전용 계측 타겟일 수도 있다. 704 에서 웨이퍼에 걸친 위치에서 구조체(407) 내의 결함을 식별하기 위해 도 7 의 방법이 사용된다. 705 에서, 만일 적합하다면, 재작업, 및/또는 기판 또는 장치의 부분의 세정과 같은 교정 동작이 결함이 검출되는 것에 따라서 지시된다. 706 에서, 리소그래피 장치 및/또는 다른 처리 장치를 제어하기 위한 레시피가 단계 704 에서 보고된 결함에 기초하여 업데이트된다. 예를 들어, 업데이트는 무렌즈 이미징에 의해 식별되는 이상적인 이미징 성능 또는 이상적인 에칭 성능으로부터의 편차를 정정하도록 설계될 수 있다. 또는, 708 에서, 장래의 기판 상에서 검사를 하기 위한 레시피 또는 다른 계측 동작을 위한 레시피는 단계 704 또는 다른 단계에서 발견된 내용에 기초하여 개정될 수 있다.

본 명세서에서 개시된 기법에 의해서, 고해상도에서의 이미징이 실제 제품 구조체에 수행될 수 있다. 공칭 구조체의 종래의 지식과 비교하면 결함이 식별될 수 있다. 종래의 지식은 위상 검출을 개선하기 위해서도 사용될 수 있다. 그러면 획득 시간을 줄이는 것을 돕고, 따라서 고볼륨 제조 콘텍스트에서 고볼륨 측정을 하는 것을 도울 수 있다.

광학 시스템 하드웨어와 연관하여, 본 명세서에서 개시된 검사 방법과 검사 장치의 일 구현형태는, 합성 이미지를 계산하고, 및/또는 검사 장치(400)를 제어하여 조명 모드 및 그러한 계측 레시피의 다른 양태를 구현하는 방법을 규정하는 머신-판독가능 명령들의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 이미지 계산/제어 프로세스를 위해 채택된 별개의 컴퓨터 시스템에서 실행될 수 있다. 또는, 계산 단계는 도 5 의 장치에 있는 유닛(PU) 및/또는 도 1 또는 도 2 의 제어 유닛(LACU) 및/또는 감독 제어 시스템(SCS) 내에서 전체적으로 또는 부분적으로 실행될 수도 있다. 그 안에 저장된 이러한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기적 또는 광학적 디스크)가 역시 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예들은 아래의 번호가 매겨진 절에서 제공된다:

1. 제품 구조체 내의 결함을 식별하기 위한 검사 장치로서,

조명 광학 시스템과 조합되는 방사선 소스 및 이미지 검출기를 포함하고,

상기 방사선 소스와 조명 광학 시스템은 상기 제품 구조체 상에 방사선의 스폿을 제공하도록 구성되며,

상기 이미지 검출기는 상기 제품 구조체에 의해 산란된 후에 상기 방사선에 의해 형성되는 적어도 하나의 회절 패턴을 캡쳐하도록 구성되고,

상기 검사 장치는 프로세서로서,

(i) 상기 캡쳐된 회절 패턴을 표현하는 이미지 데이터를 수신하고,

(ii) 공칭 제품 구조체를 기술하는 레퍼런스 데이터를 수신하며,

(iii) 상기 이미지 데이터로부터 상기 제품 구조체의 적어도 하나의 합성 이미지를 계산하고,

(iv) 상기 제품 구조체 내의 결함을 식별하도록 상기 합성 이미지로부터의 데이터를 상기 레퍼런스 데이터와 비교하도록 구성되는, 프로세서를 더 포함하는, 검사 장치.

2. 제 1 절에 있어서,

상기 장치는, 서로로부터 변위되어 있지만 서로 중첩하는 방사선의 두 개 이상의 스폿들의 시리즈를 사용하여 복수 개의 회절 패턴을 획득하도록 구성되고,

상기 프로세서는, 위상 검출을 수행하게끔, 상기 두 개 이상의 회절 패턴을 사용하고 상기 스폿들의 상대 변위의 지식을 사용하여 상기 합성 이미지를 계산하도록 구성되는, 검사 장치.

3. 제 2 절에 있어서,

상기 레퍼런스 데이터는 상기 합성 이미지의 계산을 지원하기 위하여 사용되는, 검사 장치.

4. 제 3 절에 있어서,

상기 레퍼런스 데이터는 상기 캡쳐된 회절 패턴에 대응하는 초기 위상 추정을 계산하기 위하여 사용되는, 검사 장치.

5. 제 1 절 내지 제 4 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 레퍼런스 데이터는 공칭 구조체의 이미지이고, 상기 합성 이미지는 상기 결함을 식별하기 위하여 상기 공칭 구조체의 이미지와 비교되는, 검사 장치.

6. 제 1 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 방사선 소스는 더 높은 고조파 발생기 및 펌프 레이저를 포함하는, 검사 장치.

7. 제 1 절 내지 제 6 절 중 어느 하나에 있어서,

상기 방사선의 파장을 선택하기 위한 파장 선택기를 포함하는, 검사 장치.

8. 제 1 절 내지 제 7 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 방사선 소스 및 조명 광학 시스템은 50 nm 미만의 파장을 가지는 방사선을 제공하도록 구성되는, 검사 장치.

9. 제 1 절 내지 제 8 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 조명 광학 시스템은 15 μm 미만의 직경을 가지는 방사선의 상기 스폿을 전달하도록 동작가능한, 검사 장치.

10. 제 1 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 결함 검사 장치는 반도체 기판 상에 형성된 일련의 제품 구조체를 자동적으로 처리하도록 구성되는, 검사 장치.

11. 제품 구조체 내의 결함을 식별하는 방법으로서,

(a) 상기 제품 구조체 상에 방사선의 스폿을 제공하는 단계;

(b) 상기 제품 구조체에 의해 산란된 후에 상기 방사선에 의해 형성되는 적어도 하나의 회절 패턴을 캡쳐하는 단계;

(c) 공칭 제품 구조체를 기술하는 레퍼런스 데이터를 수신하는 단계;

(d) 캡쳐된 이미지 데이터로부터 상기 제품 구조체의 적어도 하나의 합성 이미지를 계산하는 단계; 및

(e) 상기 식별 제품 구조체 내의 결함을 식별하기 위하여 상기 합성 이미지로부터의 데이터를 상기 레퍼런스 데이터와 비교하는 단계를 포함하는, 결함 식별 방법.

12. 제 11 절에 있어서,

단계 (a) 및 (b)는, 서로로부터 변위되어 있지만 서로 중첩하는 방사선의 두 개 이상의 스폿들의 시리즈를 사용하여 복수 개의 회절 패턴을 획득하도록 반복되고,

단계 (d)에서, 상기 합성 이미지는 위상 검출을 수행하게끔, 상기 두 개 이상의 회절 패턴을 사용하고 상기 스폿들의 상대 변위의 지식을 사용하여 계산되는, 결함 식별 방법.

13. 제 12 절에 있어서,

상기 레퍼런스 데이터는 상기 합성 이미지의 계산을 지원하기 위하여 사용되는, 결함 식별 방법.

14. 제 13 절에 있어서,

상기 레퍼런스 데이터는 상기 캡쳐된 회절 패턴에 대응하는 초기 위상 추정을 계산하기 위하여 사용되는, 결함 식별 방법.

15. 제 11 절 내지 제 14 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 레퍼런스 데이터는 공칭 구조체의 이미지이고, 단계 (e)에서 상기 합성 이미지는 상기 결함을 식별하기 위하여 상기 공칭 구조체의 이미지와 비교되는, 결함 식별 방법.

16. 제 11 절 내지 제 15 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 방사선은 더 높은 고조파 발생기 및 펌프 레이저를 포함하는 소스에 의해 생성되는, 결함 식별 방법.

17. 제 11 절 내지 제 16 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 방법은 상기 소스에 의해 생성된 파장의 범위로부터 제공된 방사선의 파장을 선택하는 단계를 포함하는, 결함 식별 방법.

18. 제 11 절 내지 제 17 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제공된 방사선은 50 nm 미만의 파장을 가지는, 결함 식별 방법.

19. 제 11 절 내지 제 18 절 중 어느 한 절에 있어서,

방사선의 상기 스폿은 15 μm보다 적은 직경을 가지는, 결함 식별 방법.

20. 디바이스 제조 방법으로서,

디바이스 피쳐 및 계측 타겟이 리소그래피 프로세스에 의하여 일련의 기판 상에 형성되고,

하나 이상의 처리된 기판 상의 결함이 제 11 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절의 방법에 의해 식별되며,

추가적인 기판의 처리를 위해, 하나 이상의 결함의 식별이 상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 조절하기 위하여 사용되는, 디바이스 제조 방법.

21. 디바이스 제조 방법으로서,

디바이스 피쳐 및 계측 타겟이 리소그래피 프로세스에 의하여 일련의 기판 상에 형성되고,

하나 이상의 처리된 기판 상의 결함이 제 11 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절의 방법에 의해 식별되며,

하나 이상의 결함의 식별이, 식별된 결함을 가지는 기판의 처리에 대한 개입을 트리거링하기 위해 사용되는, 디바이스 제조 방법.

22. 제 11 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절의 방법의 계산 단계를 구현하기 위한 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.

23. 처리 장치가 제 1 절 내지 제 10 절 중 어느 한 절의 검사 장치의 프로세서를 구현하게 하기 위한 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.

비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시예의 사용에 대하여 이루어졌지만, 본 발명이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있다는 것이 인정될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 수정 및 적응은 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하는 개시 실시예의 등가물의 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서 구문 또는 어휘는 예에 의한 설명의 목적을 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 따라서 본 명세서의 용어 또는 구문은 교시 및 지도를 고려하여 당업자에 의하여 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 적용 범위 및 범위는 전술한 예시 실시예의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안되며, 후속하는 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (15)

1. 제품 구조체 내의 결함을 식별하기 위한 검사 장치로서,
   조명 광학 시스템과 조합되는 방사선 소스 및 이미지 검출기를 포함하고,
   상기 방사선 소스와 조명 광학 시스템은 상기 제품 구조체 상에 방사선의 스폿을 제공하도록 구성되며,
   상기 이미지 검출기는 상기 제품 구조체에 의해 산란된 후에 상기 방사선에 의해 형성되는 적어도 하나의 회절 패턴을 캡쳐하도록 구성되고,
   상기 검사 장치는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는:
   (i) 상기 캡쳐된 회절 패턴을 표현하는 이미지 데이터를 수신하고,
   (ii) 공칭 제품 구조체를 기술하는 레퍼런스 데이터를 수신하며,
   (iii) 상기 이미지 데이터로부터 상기 제품 구조체의 적어도 하나의 합성 이미지를 계산하고,
   (iv) 상기 제품 구조체 내의 결함을 식별하도록 상기 합성 이미지로부터의 데이터를 상기 레퍼런스 데이터와 비교하도록 구성되는, 검사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 장치는, 서로로부터 변위되어 있지만 서로 중첩하는 방사선의 두 개 이상의 스폿들의 시리즈를 사용하여 복수 개의 회절 패턴을 획득하도록 구성되고,
   상기 프로세서는, 위상 추출(retrieval)을 수행하기 위해 상기 두 개 이상의 회절 패턴을 사용하고 상기 스폿들의 상대 변위에 대한 지식을 사용하여 상기 합성 이미지를 계산하도록 구성되는, 검사 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 레퍼런스 데이터는 상기 합성 이미지의 계산을 보조하기 위하여 사용되는, 검사 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 레퍼런스 데이터는 상기 캡쳐된 회절 패턴에 대응하는 초기 위상 추정을 계산하기 위하여 사용되는, 검사 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레퍼런스 데이터는 공칭 구조체의 이미지이고, 상기 합성 이미지는 상기 결함을 식별하기 위하여 상기 공칭 구조체의 이미지와 비교되는, 검사 장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 검사 장치는 반도체 기판 상에 형성된 일련의 제품 구조체를 자동적으로 처리하도록 구성되는, 검사 장치.
7. 제품 구조체 내의 결함을 식별하는 방법으로서,
   (a) 상기 제품 구조체 상에 방사선의 스폿을 제공하는 단계;
   (b) 상기 제품 구조체에 의해 산란된 후에 상기 방사선에 의해 형성되는 적어도 하나의 회절 패턴을 캡쳐하는 단계;
   (c) 공칭 제품 구조체를 기술하는 레퍼런스 데이터를 수신하는 단계;
   (d) 캡쳐된 이미지 데이터로부터 상기 제품 구조체의 적어도 하나의 합성 이미지를 계산하는 단계; 및
   (e) 상기 제품 구조체 내의 결함을 식별하기 위하여 상기 합성 이미지로부터의 데이터를 상기 레퍼런스 데이터와 비교하는 단계를 포함하는, 결함 식별 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   단계 (a) 및 (b)는, 서로로부터 변위되어 있지만 서로 중첩하는 방사선의 두 개 이상의 스폿들의 시리즈를 사용하여 복수 개의 회절 패턴을 획득하도록 반복되고,
   단계 (d)에서, 상기 합성 이미지는 위상 검출을 수행하기 위해 상기 두 개 이상의 회절 패턴을 사용하고 상기 스폿들의 상대 변위에 대한 지식을 사용하여 계산되는, 결함 식별 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 레퍼런스 데이터는 상기 합성 이미지의 계산을 지원하기 위하여 사용되는, 결함 식별 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 데이터는 상기 캡쳐된 회절 패턴에 대응하는 초기 위상 추정을 계산하기 위하여 사용되는, 결함 식별 방법.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 데이터는 공칭 구조체의 이미지이고, 단계 (e)에서 상기 합성 이미지는 상기 결함을 식별하기 위하여 상기 공칭 구조체의 이미지와 비교되는, 결함 식별 방법.
12. 디바이스 제조 방법으로서,
    디바이스 피쳐 및 계측 타겟이 리소그래피 프로세스에 의하여 일련의 기판 상에 형성되고,
    하나 이상의 처리된 기판 상의 결함이 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 식별되며,
    추가적인 기판의 처리를 위해, 하나 이상의 결함의 식별이 상기 리소그래피 프로세스의 파라미터를 조절하기 위하여 사용되는, 디바이스 제조 방법.
13. 디바이스 제조 방법으로서,
    디바이스 피쳐 및 계측 타겟이 리소그래피 프로세스에 의하여 일련의 기판 상에 형성되고,
    하나 이상의 처리된 기판 상의 결함이 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 식별되며,
    하나 이상의 결함의 식별이, 식별된 결함을 가지는 기판의 핸들링에 대한 개입을 트리거링하기 위해 사용되는, 디바이스 제조 방법.
14. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법의 계산 단계를 구현하기 위한 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
15. 처리 장치가 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 검사 장치의 프로세서를 구현하게 하기 위한 머신-판독가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.

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