KR101492205B1 - 메트롤로지 방법 및 장치, 리소그래피 시스템, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
리소그래피 공정에 의해 기판(W)에 형성된 타겟 구조체들(32 내지 35)을 측정하는 방법들이 개시된다. 상기 타겟 내의 격자 구조체는 측정 광학 시스템의 시야 및 조명 스폿(31)보다 작다. 광학 시스템은 퓨필 평면 이미징 센서(19)를 유도하는 제 1 브랜치, 및 기판 평면 이미징 센서(23)를 유도하는 제 2 브랜치를 갖는다. 광학 시스템의 제 2 브랜치의 중간 퓨필 평면에 공간 광 변조기(SLM: 24, 124, 224, 324)가 배치된다. SLM은 조명 또는 이미징의 제 1 및 제 2 모드들 사이에 비대칭을 보정하기 위해 사용될 수 있는 프로그램가능한 감쇠 패턴을 부여한다. 특정한 타겟 디자인 및 기계-학습 프로세스들을 이용함으로써, 필터 함수들로서 작용하도록 감쇠 패턴들이 프로그램될 수 있으며, 포커스와 같은 특정한 관심 파라미터들에 대한 민감성을 향상시킨다.
Description
본 출원은 2010년 12월 7일에 출원된 미국 가출원 61/420,428 그리고 2010년 11월 12일에 출원된 미국 가출원 61/412,980의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술들에 의한 디바이스의 제조에 사용가능한 메트롤로지용 방법들 및 장치들, 그리고 리소그래피 기술들을 이용하는 디바이스 제조 방법들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 이 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어, 다이의 일부분, 한 개 또는 수 개의 다이들을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는, 소위 스테퍼들, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너들을 포함한다. 또한, 기판 상으로 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위해, 생성된 구조체들의 측정을 자주 수행하는 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)- 흔히 임계 치수(CD)를 측정하는데 사용됨 - 을 포함하여, 이러한 측정들을 수행하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있으며, 또한 오버레이를 측정하고 디바이스에서 2 개의 층들의 정렬 정확성을 측정하기 위한 전문 툴들이 알려져 있다. 최근, 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 스캐터로미터들이 개발되었다. 이러한 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향시키고, 산란된 반사선의 1 이상의 특성들 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 1 이상의 파장들에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 얻어, 이 스펙트럼으로부터 타겟의 관심 특성(property of interest)이 결정될 수 있다. 관심 특성의 결정은 다양한 기술들: 예를 들어, 주성분분석(principal component analysis); 라이브러리 검색들; 유한 요소법(finite element methods) 또는 RCWA(rigorous coupled wave analysis)와 같은 반복적 접근들에 의한 타겟 구조체의 재구성에 의하여 수행될 수 있다.
종래의 스캐터로메트리들에 의해 사용되는 타겟들은 비교적 큰, 예를 들어 40 ㎛ x 40 ㎛ 격자들이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿(spot)을 생성한다[즉, 격자가 언더필된다(underfilled)]. 이것이 무한대로서 간주될 수 있음에 따라, 이는 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다. 하지만, 타겟들의 크기를, 예를 들어 10 ㎛ x 10 ㎛ 이하로 감소시켜, 예를 들어 타겟들이 스크라이브 레인(scribe lane)이 아닌 제품 피처(product feature)들 사이에 위치될 수 있도록 하기 위해, 이른바 "작은 타겟" 메트롤로지가 제안되었으며, 이 작은 타겟 메트롤로지에서 격자는 측정 스폿보다 작게 만들어진다[즉, 격자가 오버필된다(overfilled)]. 통상적으로, 작은 타겟들은 다크 필드 스캐터로메트리(dark field scatterometry)를 이용하여 측정되고, 이때 (정반사에 대응하는) 0차 회절 차수(zeroth order of diffraction)가 차단되며, 고차(higher orders)만이 처리된다. 다크-필드 메트롤로지의 예시들은 국제 특허 출원 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾을 수 있으며, 이 문서들은 전문이 본 명세서에서 인용 참조된다. 회절 차수의 다크-필드 검출을 이용하는 회절-기반 오버레이는 더 작은 타겟들의 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 이러한 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있으며, 웨이퍼의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 주위 제품 구조체들(environment product structures)로부터의 세기는 이미지-평면에서 다크-필드 검출을 갖는 오버레이 타겟으로부터의 세기와 효율적으로 분리될 수 있다.
알려진 다크-필드 메트롤로지 기술에서는, 타겟이 정해진 조건들 하에서 두 번 측정되는 경우에 최적의 오버레이 측정치들이 얻어지는 한편, 웨이퍼가 회전되어 차례대로 -1 및 +1 회절 차수 세기를 얻는다. 두 측정들에 대한 정확히 동일한 광학 경로의 사용은 측정된 세기 간의 어떠한 차이도 장비의 특성들이 아니라 타겟의 특성들에 기인함을 보장한다. 반면에, 큰 기판에 존재할 수 타겟을 회전시키기 위한 요건은 공정이 느리게 진행되게 하며, 잠재적으로는 장치를 더 복잡하게 한다.
예를 들어, 공개된 종래 기술들을 넘어서는 스루풋(throughput) 및 정확성이 개선될 수 있는, 타겟 격자들의 오버레이 및/또는 비대칭을 측정하기 위한 다크 필드 메트롤로지용 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태는 리소그래피 공정에 의해 기판에 형성된 주기적인 구조체의 비대칭을 측정하는 방법을 제공하며, 상기 방법은,
리소그래피 공정을 이용하여, 기판에 주기적인 구조체를 형성하는 단계;
제 1 방사선 빔으로 상기 주기적인 구조체를 조명하는 동안, 상기 주기적인 구조체의 제 1 이미지를 형성 및 검출하는 단계를 포함하는 제 1 측정 단계 - 상기 제 1 이미지는 회절된 방사선의 선택된 제 1 부분을 이용하여 형성됨 -;
제 2 방사선 빔으로 상기 주기적인 구조체를 조명하는 동안, 상기 주기적인 구조체의 제 2 이미지를 형성 및 검출하는 단계를 포함하는 제 2 측정 단계 - 상기 제 2 이미지는 상기 주기적인 구조체의 회절 스펙트럼에서 상기 선택된 제 1 부분과 대칭적으로 반대인 상기 회절된 방사선의 선택된 제 2 부분을 이용하여 형성됨 -; 및
검출된 제 1 및 제 2 이미지들로부터 함께 도출된 세기 값들의 차이를 이용하여, 상기 주기적인 구조체의 프로파일의 비대칭을 결정하는 단계를 포함하고,
광학 시스템은 상기 제 1 및 제 2 이미지들을 각각 형성하기 전에 상기 회절된 방사선의 선택된 상기 제 1 및 제 2 부분들에 걸쳐 변동하는 비-바이너리형 광학 감쇠(varying non-binary optical attenuation)를 적용하도록 제어되는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 더 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 제 1 및 제 2 측정 단계들은 측정 광학 시스템 내의 상이한 광학 경로들을 이용하여 기판을 회전시키기 않고 수행되며, 상기 변동하는 광학 감쇠는 제 1 및 제 2 측정 단계들 사이에 광학 경로들의 차이의 결정된 특성에 관한 영향을 감소시키도록 구성된다.
변동하는 감쇠 패턴을 결정하기 위한 캘리브레이션 측정들(Calibration measurements)은 캘리브레이션 타겟을 이용하여 수행될 수 있다. 캘리브레이션 측정들은 캘리브레이션 타겟의 회전을 수반할 수 있다. 캘리브레이션 타겟은 상기 측정 광학 시스템의 시야(field of view)보다 큰 주기적인 구조체를 가질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 변동하는 광학 감쇠는 각각의 측정 단계에 대해 제 1 및 제 2 필터 함수들을 구현하고, 상기 필터 함수들은 관심 특성에 대한 계산된 차이의 민감도를 향상시키도록 계산된다. 몇몇 실시예들에서는, 계산된 차이가 주기적인 구조체 자체의 특징(feature)이 아닌, 리소그래피 장치의 성능 파라미터, 예를 들어 포커스와 직접적으로 연관되도록 상기 필터 함수들이 계산된다.
몇몇 실시예들의 상기 방법은 측정 광학 시스템의 시야 내에 모두 맞도록(fit) 충분히 작은 구조체들을 이용하여 수 개의 주기적인 구조체들에서 동시에 수행된다. 이 시야는, 예를 들어 조명 스폿 크기에 의해 정의될 수 있다. 제 1 및 제 2 이미지들은 상이한 조명 모드들 및/또는 상이한 이미징 모드들을 이용하여 얻어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정 광학 시스템은 상기 광학 시스템의 대물 렌즈의 퓨필 평면과 켤레인(conjugate) 평면에서 캘리브레이션 이미지들을 형성 및 검출하는 제 1 광학 브랜치 및 이미지 센서, 그리고 기판의 평면과 켤레인 평면에서 상기 제 1 및 제 2 이미지들을 형성 및 검출하는 제 2 광학 브랜치 및 이미지 센서를 포함하고, 상기 공간 광 변조기는 상기 제 2 브랜치의 중간 퓨필 평면에 위치된다.
또한, 본 발명은 기판의 주기적인 구조체의 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치를 제공하며, 상기 검사 장치는,
측정 단계들에서 사용하기 위한 기판으로 컨디셔닝된 방사선 빔들을 전달하도록 작동가능한 조명 구성부(illumination arrangement);
기판으로부터 회절된 방사선을 이용하여 기판의 각각의 이미지들을 형성 및 검출하도록 이러한 측정 단계들 동안 작동가능한 검출 구성부(detection arrangement) - 상기 조명 구성부 및 검출 구성부는 측정 광학 시스템을 형성함 -; 및
상기 검출 구성부 내에 정지 구성부(stop arrangement)를 포함하고,
상기 조명 구성부 및 정지 구성부는 회절된 방사선의 회절 스펙트럼의 어느 부분이 각각의 이미지에 기여하는지를 선택하도록 함께 작동가능하며,
상기 검출 구성부는 상기 제 1 및 제 2 이미지들을 각각 형성하기 전에 회절된 방사선의 선택된 부분 상에 변동하는 광학 감쇠를 적용하도록 작동가능한 공간 광 변조기를 더 포함한다.
상기 장치는 앞서 설명된 바와 같은 본 발명의 방법을 구현하기 위하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 리소그래피 장치 및 검사 장치를 포함하는 리소그래피 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 디바이스 패턴이 리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판들에 적용되는 디바이스 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은 앞서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 검사 방법을 이용하여 상기 기판들의 적어도 하나에 상기 디바이스 패턴의 일부 또는 상기 디바이스 패턴 이외의 것으로서 형성된 적어도 하나의 주기적인 구조체를 검사하는 단계, 및 상기 검사 방법의 결과에 따라 이후의 기판들에 대하여 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함한다.
첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에 자세히 설명된다. 본 발명은 여기에 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않음을 유의한다. 이러한 실시예들은 본 명세서에서 단지 예시의 목적으로만 제시된다. 관련 기술(들)의 당업자라면, 본 명세서에 담긴 기술적 내용에 기초하여 추가 실시예들이 행해질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 예시의 방식으로 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시한 도면;
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 검사 장치의 개략도, 도 3b는 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세도, 도 3c는 회절 기반 오버레이 측정들에 대하여 스캐터로미터를 이용하는 추가 조명 모드들을 제공하는 제 2 쌍의 조명 어퍼처들, 도 3d는 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 조명 어퍼처들;
도 4는 기판의 측정 스폿의 아웃라인 및 알려진 형태의 타겟을 도시한 도면;
도 5는 도 3의 스캐터로미터에서 얻어진 도 4의 타겟들의 이미지를 도시한 도면;
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 수행되는 캘리브레이션 및 보정 단계들을 포함하는, 도 3의 스캐터로미터를 이용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 나타내는 흐름도;
도 7은 도 6의 방법에서의 캘리브레이션 및 보정 단계들의 원리들을 예시한 도면;
도 8a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 검사 장치의 개략도, 도 8b는 온-액시스 조명(on-axis illumination)에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세도, 도 8c는 회절 기반 오버레이 측정들에 대하여 스캐터로미터를 이용하는 추가 이미징 모드들을 제공하도록 스캐터로미터에서 사용가능한 제 2 쌍의 필드 스톱 패턴들(field stop patterns), 도 8d는 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 필드 스톱 패턴들;
도 9는 제 2 실시예의 검사 장치에 적용되는 도 6의 방법에서 행해지는 일 세트의 캘리브레이션 측정들을 예시한 도면;
도 10은 단일 공간 광 변조기가 방사선 세기의 보정과 상이한 이미징 모드의 선택 둘 모두에 대하여 제공되는 본 발명의 제 3 실시예를 예시한 도면;
도 11a 및 도 11b는 조명 모드가 온-액시스에서 오프-액시스(off-axis)로 변할 때 제 2 및 제 3 실시예들의 상이한 필드 스톱 패턴들의 구성을 예시한 도면;
도 12는 관심 파라미터를 직접 측정하도록 학습(learing)에 의한 캘리브레이션을 포함하는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 측정 방법의 단계들을 나타낸 흐름도;
도 13a는 본 발명의 다양한 실시예들에서 사용하기 위한 분할된 조명 어퍼처를 예시하고, 도 13b는 대응하는 회절 스펙트럼을 예시한 도면;
도 14는 포커스의 측정을 위해 도 13의 조명 모드를 이용하여 도 12의 방법에서 SLM에 의해 적용된 학습된 감쇠 패턴의 일 예시를 나타낸 도면; 및
도 15는 제 3 실시예에서 사용되는 투과 공간 광 변조기 대신에 반사 공간 광 변조기가 사용되는 본 발명의 수정된 실시예를 예시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시한 도면;
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 검사 장치의 개략도, 도 3b는 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세도, 도 3c는 회절 기반 오버레이 측정들에 대하여 스캐터로미터를 이용하는 추가 조명 모드들을 제공하는 제 2 쌍의 조명 어퍼처들, 도 3d는 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 조명 어퍼처들;
도 4는 기판의 측정 스폿의 아웃라인 및 알려진 형태의 타겟을 도시한 도면;
도 5는 도 3의 스캐터로미터에서 얻어진 도 4의 타겟들의 이미지를 도시한 도면;
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 수행되는 캘리브레이션 및 보정 단계들을 포함하는, 도 3의 스캐터로미터를 이용하는 오버레이 측정 방법의 단계들을 나타내는 흐름도;
도 7은 도 6의 방법에서의 캘리브레이션 및 보정 단계들의 원리들을 예시한 도면;
도 8a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 검사 장치의 개략도, 도 8b는 온-액시스 조명(on-axis illumination)에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 상세도, 도 8c는 회절 기반 오버레이 측정들에 대하여 스캐터로미터를 이용하는 추가 이미징 모드들을 제공하도록 스캐터로미터에서 사용가능한 제 2 쌍의 필드 스톱 패턴들(field stop patterns), 도 8d는 제 1 및 제 2 쌍의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 필드 스톱 패턴들;
도 9는 제 2 실시예의 검사 장치에 적용되는 도 6의 방법에서 행해지는 일 세트의 캘리브레이션 측정들을 예시한 도면;
도 10은 단일 공간 광 변조기가 방사선 세기의 보정과 상이한 이미징 모드의 선택 둘 모두에 대하여 제공되는 본 발명의 제 3 실시예를 예시한 도면;
도 11a 및 도 11b는 조명 모드가 온-액시스에서 오프-액시스(off-axis)로 변할 때 제 2 및 제 3 실시예들의 상이한 필드 스톱 패턴들의 구성을 예시한 도면;
도 12는 관심 파라미터를 직접 측정하도록 학습(learing)에 의한 캘리브레이션을 포함하는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 측정 방법의 단계들을 나타낸 흐름도;
도 13a는 본 발명의 다양한 실시예들에서 사용하기 위한 분할된 조명 어퍼처를 예시하고, 도 13b는 대응하는 회절 스펙트럼을 예시한 도면;
도 14는 포커스의 측정을 위해 도 13의 조명 모드를 이용하여 도 12의 방법에서 SLM에 의해 적용된 학습된 감쇠 패턴의 일 예시를 나타낸 도면; 및
도 15는 제 3 실시예에서 사용되는 투과 공간 광 변조기 대신에 반사 공간 광 변조기가 사용되는 본 발명의 수정된 실시예를 예시한 도면이다.
본 발명의 실시예들을 자세히 설명하기 전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 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 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 타겟부(C)(1 이상의 다이를 포함) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 여하한의 타입의 광학 구성요소들, 또는 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부의 원하는 패턴에 정확히 대응하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
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 여하한의 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.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 것과 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 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 증가시키기 위한 기술로 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 예를 들어 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 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 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하도록 구성된 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(integrator: IN) 및 콘덴서(condenser: CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)[예를 들어, 간섭계 디바이스(interferometric device), 리니어 인코더(linear encoder), 또는 용량성 센서(capacitive sensor)]의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 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 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 달리) 스테퍼의 경우, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 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, 그것들은 타겟부들 사이의 공간들에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커들은 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 포함될 수 있으며, 이 경우 마커들이 가능한 한 작아, 인접한 피처들과 상이한 어떠한 이미징 또는 공정 조건들도 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커들을 검출하는 정렬 시스템이 아래에 설명된다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 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. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 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 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 본질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 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.
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 및 WTb) 그리고 기판 테이블들이 교체될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션을 갖는, 소위 듀얼 스테이지 타입(dual stage type)으로 구성된다. 하나의 기판 테이블의 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩될 수 있어, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 준비 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 맵핑(mapping)하는 단계 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 장치의 스루풋의 실질적인 증가를 가능하게 한다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션과 측정 스테이션에 있는 동안 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 기판 테이블의 위치들이 두 스테이션들에서 추적될(tracked) 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판에 전- 및 후-노광 공정들(pre- and post-exposure processes)을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 현상기(DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 기판들을 상이한 공정 장치 사이로 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히, 집합적으로 트랙이라고도 하는 이러한 디바이스들은 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 자체적으로 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋(throughput)과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
작은 타겟 다크 필드 메트롤로지
본 발명의 제 1 실시예에 따른 다크 필드 메트롤로지 장치가 도 3a에 도시되어 있다. 타겟 격자(G) 및 회절 광선은 도 3b에 더 자세히 예시되어 있다. 다크 필드 메트롤로지 장치는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있거나, 예를 들어 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC) 중 어느 하나에 통합될 수 있다. 장치 전반에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광축은 점선(O)으로 나타나 있다. 이 장치에서, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의해 방출된 광은 렌즈들(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(15)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 더블 시퀀스(double sequence of a 4F arrangement)로 배치된다. 그러므로, 기판 평면 - 여기서는, (켤레) 퓨필 평면이라고도 함 - 의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면의 공간 세기 분포를 정의함으로써, 방사선이 기판에 입사하는 각도 범위가 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물 렌즈 퓨필 평면의 후방-투영된 이미지(back-projected image)가 있는 평면에 렌즈들(12 및 14) 사이에 있는 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(13)를 삽입함으로써 수행될 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지므로, 상이한 조명 모드들이 선택될 수 있다. 본 예시들의 조명 시스템은 오프-액시스 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서, 어퍼처 플레이트(13N)는 단지 설명을 위해 '북쪽'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스를 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 어퍼처 플레이트(13S)는 '남쪽'으로 표시된 반대 방향으로부터 유사한 조명을 제공하는데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용하여 다른 조명 모드들이 가능하다. 요구되는 조명 모드 외부의 여하한의 불필요한 광이 요구되는 측정 신호들을 방해할 것임에 따라, 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 타겟 격자(G)는 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인 기판(W)에 놓인다. 광축(O)에 비스듬한 각도로 격자(G)에 입사하는 조명 광선(I)은 0차 광선(실선 0) 및 2 개의 1차 광선들[1점 쇄선(single dot-dash line) +1 및 2점 쇄선(double dot-dash line) -1]을 유도한다. 예시된 광선의 각각은 메트롤로지 타겟 격자(G), 그리고 가능하게는 오버필된 작은 타겟 격자로 측정 공정과 관련되지 않은 다른 피처들을 포함하는 기판의 영역을 덮는 다수의 평행한 광선들 중 하나일 뿐임을 유념하여야 한다. 플레이트(13)의 어퍼처는 (유용한 양의 광을 수용하는데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선(I)들은 사실상 소정의 각도 범위를 점유할 것이며, 회절된 광들 0 및 +1/-1은 다소 더 확산될 것이다. 작은 타겟의 점 확산 함수에 따르면, 각각의 차수 +1 및 -1은 도시된 바와 같은 이상적인 단일 광선이 아니라, 소정의 각도 범위에 걸쳐 더욱 확산될 것이다. 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광축과 근접하게 정렬되도록 격자 피치(grating pitches) 및 조명 각도가 디자인되거나 조정될 수 있음을 유의한다. 도 3a 및 도 3b에 예시된 광선들은 순전히 도면에서 더 쉽게 구별될 수 있도록 하기 위하여 다소 축을 벗어난 것으로 도시되어 있다.
기판(W)의 타겟에 의하여 회절된 적어도 0차 및 +1차 차수들은 대물 렌즈(16)에 의해 수집되며, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 다시 도 3a를 참조하면, 북(N) 및 남(S)으로서 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함에 의하여, 제 1 및 제 2 조명 모드 둘 모두가 예시되어 있다. 입사 광선(I)이 광축의 북측으로부터 입사할 때, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트(13N)를 이용하여 적용될 때, +1(N)으로 표시된 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 반대로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트(13S)를 이용하여 적용될 때에는, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어간 광선들이다.
제 2 빔 스플리터(17)는 회절된 빔들을 2 개의 측정 브랜치들로 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔들을 이용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)를 형성한다. 각각의 회절 차수가 센서의 상이한 지점에 도달하므로, 이미지 처리는 차수들을 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의해 캡처된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하는데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 다수의 측정 목적들에도 사용될 수 있으나, 이는 본 명세서의 대상이 아니다. 하지만, 본 발명에 따르면, 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 제 2 측정 브랜치에서 공간 광 변조기에 의해 적용될 보정을 캘리브레이션하는데 일부분을 담당하고 있다.
제 2 측정 브랜치에서, 렌즈들(20, 22)을 포함하는 광학 시스템은 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 기판(W)의 타겟 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서는, 필드 스톱(21)으로도 칭해지는 어퍼처 플레이트가 퓨필-평면과 켤레인 평면에 제공된다. 이 평면은 본 발명을 설명할 때 '중간 퓨필 평면'으로도 칭해질 것이다. 필드 스톱(21)은 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 하여, 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되게 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 캡처된 이미지들은 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되며, 이의 기능은 수행되고 있는 특정 타입의 측정들에 따라 달라질 것이다. '이미지'라는 용어는 여기서 광범위한 의미로 사용됨을 유의한다. -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에는, 이와 같은 격자 라인들의 이미지가 형성되지 않을 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 도 3a의 장치는 공간 광 변조기(SLM: 24)를 포함하며, 이는 광학 시스템의 이미징 브랜치의 중간 퓨필 평면의 이미징 빔에 보정을 적용하기 위해 사용된다. 이 실시예에서 SLM(24)은 캘리브레이션 단계(S0)로부터 얻어진 캘리브레이션 결과들에 따라 제어기(PU)에 의해 제어되며, 이에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명하기로 한다. 캘리브레이션 단계는 퓨필 이미징 센서(19)를 사용하며, 퓨필 이미지 센서(19)를 주로 사용하는 메트롤로지 방법들에서 사용하기 위한 캘리브레이션 측정들과 공유될 수 있다.
SLM(24)은 그 필드 스톱(21)에 인접한 평면에 놓이는 것으로 예시되어 있다. 이후의 실시예들에서는 SLM 및 필드 스톱의 기능들이 어떻게 조합될 수 있는지를 보여줄 것이다. 지금은, 이것들이 별개라고 간주될 수 있다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 공간 광 변조기 또는 SLM은 SLM 디바이스의 평면에 걸쳐 투과 특성의 원하는 패턴에 따라 이를 통해 방사선의 통행을 변조시키기 위하여 전자적으로 제어될 수 있는 디바이스이다. 통상적으로, SLM 디바이스들은 디스플레이 디바이스의 픽셀들과 유사하게, 픽셀들의 어레이로서 구성(organize)된다. 디스플레이 디바이스에서는 픽셀에 할당된 값이 뷰어(viewer)가 인지하는 픽셀의 밝기를 좌우하지만, SLM의 경우 픽셀에 할당된 값은 그 픽셀을 통과하는 방사선의 감쇠를 결정할 것이다. 센서(23)의 평면과 같은 이미지 평면이 아니라 중간 퓨필 평면에 SLM(24)의 픽셀들이 위치되기 때문에, SLM(24)의 평면의 주어진 위치에서 적용되는 감쇠는 센서(23)에 의해 측정되는 이미지에 기여하는 소정의 공간 주파수 성분을 감쇠시킬 것이다. 투과형과 반사형 둘 모두를 포함하는 상이한 타입의 SLM이 본 발명에 이용될 수 있다. 이들 중 몇몇은 아래에 자세히 언급될 것이다.
도 3에 도시된 어퍼처 플레이트(13) 및 필드 스톱(21)의 특정 형태들은 단지 예시에 지나지 않는다. 본 발명의 다른 실시예들에서는, 이들 중 몇몇이 아래에 예시되고 설명될 것이며, 타겟들의 온-액시스 조명이 사용되고 오프-액시스 어퍼처를 갖는 필드 스톱이 사용되어, 회절된 광의 실질적으로 하나의 1차 차수만을 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서는, 1차 차수 빔들 대신에 또는 이에 추가하여, 2차, 3차 및 고차 차수 빔들(도 3에는 도시되지 않음)이 측정들에 사용될 수 있다.
상기 조명을 이러한 상이한 타입의 측정에 적응가능하게(adaptable) 하기 위하여, 어퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성된 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 그 자리에서 원하는 패턴을 가져오기 위해 회전될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 한 세트의 플레이트들(13)이 제공 및 교체되어, 동일한 효과를 달성할 수 있다. 또한, 변형가능한 거울 어레이 또는 투과성 공간 광 변조기와 같은 프로그램가능한 조명 디바이스가 사용될 수도 있다. 조명 모드를 조정하기 위한 또 다른 방식으로서 이동식 거울들 및 프리즘들이 사용될 수 있다.
어퍼처 플레이트(13)와 관련하여 방금 설명된 바와 같이, 이미징을 위한 회절 차수들의 선택은, 대안적으로 필드 스톱(21)을 변경하거나, 상이한 패턴을 갖는 필드 스톱으로 대체하거나, 또는 고정된 필드 스톱을 프로그램가능한 공간 광 변조기로 교체함에 의하여 달성될 수 있다. 그 경우, 측정 광학 시스템의 조명 측은 일정하게 유지될 수 있는 반면, 이미징 측에서 제 1 및 제 2 모드들을 가질 수 있다. 그러므로, 본 명세서에서는 두 가지 타입의 실시예들이 유효하게 존재한다: 하나는 조명 모드가 변화되고, 다른 하나는 이미징 모드가 변화됨. 각각의 경우, 타겟의 회절 스펙트럼에서 서로 대칭적으로 반대인 0차 회절 방사선의 제 1 및 제 2 부분들을 선택한다는 점에서, 원하는 효과는 동일하다. 도 3에 예시되고 상기에 설명된 본 발명의 제 1 실시예는 제 1 타입으로 구성되며, 이 타입에서는 조명 모드들이 변화된다. 아래에 설명되는 제 2, 제 3 및 제 4 실시예들은 제 2 타입으로 구성되며, 이 타입에서는 제 1 및 제 2 측정들 사이에 이미징 모드가 변화된다. 원칙적으로, 원하는 차수의 선택은 측정들 사이에 조명 모드 및 이미징 모드의 동시적인 변화의 조합에 의하여 얻어질 수 있지만, 이는 별다른 장점 없이 단점들을 가져오기 쉬우므로, 이는 추후에 설명되지 않을 것이다. 그러므로, 대다수의 실시예들은 제 1 및 제 2 측정들 사이에 조명 모드 또는 이미징 모드 중 어느 하나를 바꾸는 것을 수반할 것이며, 다른 모드는 일정하게 유지된다.
본 예시들에서 이미징을 위해 사용되는 광학 시스템은 필드 스톱(21)에 의해 제한되는 넓은 입사동(wide entrance pupil)을 갖지만, 다른 실시예들 또는 적용들에서는 이미징 시스템 자체의 입사동 크기가 원하는 차수로 제한할 수 있을 만큼 충분히 작을 수 있으며, 따라서 필드 스톱으로도 기능할 수 있다. 사용될 수 있는 상이한 어퍼처 플레이트들이 도 3c 및 도 3d에 도시되어 있으며, 이는 아래에 자세히 설명될 수 있다. 지금은, 단순히 어퍼처 플레이트(13N)가 사용되는 것을 고려하는 것으로 충분하다.
도 4는 알려진 실시방식에 따라 기판에 형성된 합성 타겟(composite target)을 도시한다. 합성 타겟은 서로 긴밀하게 위치된 4 개의 격자들(32 내지 35)을 포함하여, 이들은 모두 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 있을 것이며, 따라서 모두 센서들(19 및 23)에 동시에 조명되고 동시에 이미징된다. 오버레이 측정을 위해 제공된 예시들에서, 격자들(32 내지 35)은 기판(W)에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 오버레이된 격자들(overlying gratings)에 의해 형성된 합성 격자들 그 자체이다. 합성 격자들의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이 측정을 용이하게 하기 위하여, 격자들(32 내지 35)이 상이하게 바이어싱된다. 일 예시에서, 격자들(32 내지 35)은 각각 +d, -d, +3d, -3d의 바이어스들을 갖는다. 이는 격자들 중 하나가 그 구성요소들을 배치시켜, 이들이 그들의 공칭 위치들에서 정확히 둘 다 프린트된 경우, 구성요소들 중 하나가 거리(d)만큼 다른 하나에 대해 오프셋될 것임을 의미한다. 제 2 격자가 그 구성요소들을 배치시켜, 완벽히 프린트된 경우, 제 1 격자에 대해 반대 방향으로 d의 오프셋이 존재할 것이다. 4 개의 격자들이 예시되어 있지만, 실제의 실시예는 원하는 정확성을 얻기 위해 더 많은 매트릭스를 요구할 수 있다. 예를 들어, 9 개의 합성 격자들의 3 x 3 어레이는 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d의 바이어스를 가질 수 있다. 이러한 격자들의 별도의 이미지들은 센서(23)에 의해 캡처된 이미지에서 식별될 수 있다.
도 5는 도 3a로부터의 어퍼처 플레이트들(13N 또는 13S)을 이용함으로써, 도 3의 장치에서 도 4의 타겟을 이용하여, 센서(23)에 형성될 수 있고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 격자들(32 내지 35)을 분해(resolve)할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 가능할 수 있다. 어둡게 나타낸 직사각형(23)은 센서(23)의 이미지 필드를 나타내며, 이 안에서 기판의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원 영역(41) 내로 이미징된다. 이 안에서, 직사각형 영역들(42 내지 45)은 작은 타겟 격자들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 격자들이 제품 영역들에 위치되는 경우, 제품 피처들 또한 이 이미지에 나타날 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 이러한 이미지들을 처리하여, 격자들(32 내지 35)의 별도의 이미지들(42)을 식별한다. 이는 패턴 정합 기술들에 의하여 행해질 수 있으므로, 이미지들은 센서 프레임 내의 특정 위치에서 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없다. 이러한 방식으로 정확한 정렬에 대한 필요성을 감소시킴으로써 전체적으로 측정 장치의 스루풋이 크게 개선된다. 하지만, 이미징 공정이 이미지 필드에 걸쳐 비-균일성을 겪는 경우, 위치적 변동이 측정 결과의 부정확성을 도입할 수 있다. 다른 발명, 동시계류 출원 US 61/412,381의 대상에 따르면, 각각의 격자 이미지가 이미지 센서(23)의 필드 내에서 관찰되는 위치에 따라 측정된 세기의 보정이 행해진다.
격자들의 별도의 이미지들이 식별되었으면, 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 평균내거나 합산함으로써 이러한 개별 이미지들의 세기가 측정될 수 있다. 이미지들의 세기 및/또는 다른 특성들은 서로 비교될 수 있다. 이러한 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하기 위해 조합될 수 있다. 격자 타겟의 비대칭을 측정함에 의해 측정될 수 있는 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예시이다.
도 6은, +1차 및 -1차 다크 필드 이미지들의 세기를 비교함에 의해 알 수 있는 바와 같이, 도 3의 장치를 이용하여 구성요소 격자들(32 내지 35)을 포함하는 2 개의 층들 사이의 오버레이 오차가 격자들의 비대칭을 통해 어떻게 측정되는지를 예시한다. 단계(S1)에서는, 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼가 도 2의 리소그래피 셀을 통해 한 번 이상 처리되어, 오버레이 타겟들(32 내지 35)을 포함하는 구조체를 생성한다. S2에서는, 단일 조명 극[예를 들어, 북측, 플레이트(13N)를 이용]만을 갖는 도 3의 메트롤로지 장치를 이용함으로써, 1차 회절 빔들(즉, +1) 중 하나만을 이용하여 격자들(32 내지 35)의 이미지가 얻어진다. 그 후, 어퍼처 플레이트(13)를 반대 조명 모드[예를 들어, 남측, 플레이트(13S)를 이용]로 바꿈으로써, 다른 1차 회절 빔을 이용하여 격자들의 제 2 이미지가 얻어질 수 있다[단계(S3)]. 결과적으로, -1차 회절 방사선이 제 2 이미지에 캡처된다.
단계들(S2, S3)에서 얻어진 이미지들은 일반적으로 도 5에 도시된 이미지들처럼 보이며, 조명 스폿(31)의 영역은 원 41(-) 내로 -1차 또는 +1차 회절 방사선만을 이용하여 이미징되며, 개별 격자 이미지들은 42(-) 내지 45(-)로 표시된다. 각각의 이미지에 1차 회절 방사선의 절반만을 포함하므로, 여기서 언급되는 '이미지들'은 종래의 다크 필드 현미경 이미지들이 아님을 유의한다. 개별 격자 라인들은 분해되지 않을 것이다. 각각의 격자는 단순히 소정의 회색 레벨 영역에 의해 나타내어질 것이다. 그 후, 단계(S4)에서 이미지 프로세서 및 제어기(PU)에 의하여 격자 구조의 비대칭, 및 이에 따른 오버레이 오차가 결정될 수 있다. 이 단계에서, 각각의 격자(32 내지 35)에 대하여 +1 및 -1차에 대한 이미지들에서 얻어진 세기 값들이 비교되어, 어떠한 세기 차이도 식별할 수 있다. 단계(S5)에서, 격자들의 오버레이 바이어스들의 지식으로부터, 이러한 비교 결과들이 사용되어, 타겟(G) 부근에서 기판(W)에 영향을 주는 오버레이 오차의 양을 결정할 수 있다.
통상적으로, 타겟 격자는 북-남 또는 동-서 중 어느 하나로 이어진(running) 격자 라인들로 정렬될 것이다. 부연하면, 기판(W)의 X 방향 또는 Y 방향으로 격자가 정렬될 것이다. 한 방향(설정에 따라 X 또는 Y)으로 방위가 잡힌 격자들을 측정하기 위해 어퍼처 플레이트(13N 또는 13S)만이 사용될 수 있음을 유의한다. 직교 격자의 측정에 대하여, 90° 및 270°를 통한 회전이 구현될 수 있다. 하지만, 더욱 편리하게는, 도 3c에 도시된 어퍼처 플레이트(13E 또는 13W)를 이용하여 '동' 또는 '서'로부터의 조명이 조명 광학기에 제공된다. 어퍼처 플레이트들(13N 내지 13W)은 별도로 형성되고 상호교환될 수 있거나, 더 큰 플레이트의 상이한 위치들에서 패턴들로서 형성될 수 있거나 - 선택된 패턴이 그 자리에서 슬라이딩되거나(slid) 회전될 수 있음 -, 90, 180 또는 270°로 회전될 수 있는 단일 어퍼처 플레이트일 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 조명 어퍼처 플레이트(13) 대신 필드 스톱(21)에 도 3c에 예시된 오프-액시스 어퍼처들이 제공될 수 있다. 그 경우, 조명은 온 액시스일 것이다.
도 3d는 제 1 및 제 2 쌍의 조명 모드들을 조합하는데 사용될 수 있는 제 3 쌍의 어퍼처 플레이트들을 도시하고 있다. 어퍼처 플레이트(13NW)는 북측 및 서측에 어퍼처들을 갖는 한편, 어퍼처 플레이트(13SE)는 남측 및 동측에 어퍼처들을 갖는다. 이러한 격자들 중 하나는 어퍼처 플레이트들의 동측 및 서측 부분들로부터 광을 회절시키는 한편, 다른 격자는 북측 및 남측 부분들로부터 광을 회절시킬 것이다. 이러한 상이한 회절 신호들 간의 크로스토크(cross-talk)가 너무 크지 않다면, 조명 모드를 바꾸지 않고 X 및 Y 격자 둘 모두의 측정이 수행될 수 있다.
다수의 타겟들이 기판에 걸쳐 측정되어야 한다면, 주어진 하드웨어 셋업으로 최대 스루풋 및 정확성을 달성하기 위해 측정을 순서화하는(sequencing) 다양한 가능성들이 존재한다. 예를 들어, 측정 단계들(S2 및 S3)은 각각의 타겟에서 수행될 수 있으며, 다음 타겟으로 이동하기 전에 조명 모드를 교체할 수 있다. 교체 작업들을 최소화기 위하여, 하나의 타겟에 대해 S2, S3 순서로, 다음 타겟에 대해서는 S3, S2 순서로 단계들이 수행될 수 있다. 대안적으로는, 조명 모드를 교체하고 모든 타겟들에 대해 단계(S3)를 수행하기 전에, 기판의 모든 타겟들에 대해 또는 소정의 타겟 그룹에 대해 단계(S2)가 수행될 수 있다. 이미지들은 제어기(PU) 또는 외부 저장공간에 저장될 수 있다. 이들이 대응하는 타겟 ID 및 조명 모드로 나타내거나 표시된다면, 이들이 얻어지는 순서는 그들의 후속 처리에 중요하지 않다.
툴 비대칭 및 SLM을 이용한 비대칭 보정
방금 설명된 예시적인 공정에서는 조명 모드를 바꿔 입사 각도를 180°로 회전시키기 때문에, -1 및 +1차를 이용하여 만들어진 이미지들 간의 세기 차이는 타겟 격자들의 비대칭 및 이에 따른 오버레이 오차에 전적으로 기인해야 한다. 하지만, 원칙적으로는 광학 시스템이 일정하게 유지되는 동안, 실제로 광학 요소들, 특히 대물 렌즈(16)를 통과하는 광학 경로들의 차이는 측정 장치에 의존하는 세기 차이를 도입한다. 이러한 차이는 어떤 이론적으로 이상적인 또는 '완벽한' 스캐터로미터라기 보다는 측정 툴로서 현실적인 스캐터로미터의 사용에 기인한다. 이러한 차이는 오버레이 또는 다른 측정 결과가 툴-유도된 오차들을 겪게 한다. 이러한 오차들을 없애기 위하여, 측정 단계들(S2 및 S3) 사이에 측정 광학 시스템이 절대로 바뀌지 않게 하고, 기판을 180°회전시키는 방식을 선택할 것이다. 유감스럽게도, 측정들 사이의 회전 단계는 공정의 스루풋을 감소시킬 수 있는 지연들을 도입할 것이다(또한, 이는 2 개의 이미지 사이의 측정 조건들이 일부 구성요소의 드리프트(drift)로 인해 동일하지 않을 위험성을 증가시킬 수 있다).
그러므로, 발명자들은 이미징 모드들 및/또는 조명 모드들을 바꿀 때 광학 경로의 특성들의 차이에 의해 유도되는 이러한 툴-의존적 오차들의 일부 또는 전부를 보정하여, 기판의 회전으로 인한 부담없이 오버레이, 비대칭 등의 정확한 측정들을 얻을 수 있도록 여러 조치들이 취해질 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 단계들(S0, S2a, S3a 및 S4a)로 나타낸 캘리브레이션 및 보정 공정이 이미 설명된 측정 공정 단계들(S1 내지 S5) 옆에 도시되어 있다. 캘리브레이션 및 보정 방법을 간략하게 요약하면, 실제적으로 작은 타겟 다크 필드 비대칭 측정들이 행해질 이미지 센서(23)를 포함하는 브랜치가 아니라, 퓨필 이미지 센서(19)를 포함하는 스캐터로미터의 브랜치를 이용하여 캘리브레이션 공정[단계(S0)]이 수행된다. 단계들(S2, S3)의 다크 필드 이미지 세기 측정들을 위해 사용될 동일한 조명 어퍼처들(13)을 이용하여, 큰(이를테면, 40x40 ㎛2) 격자에서 캘리브레이션 측정들이 행해진다. 또한, 격자 피치, 파장 및 편광은 단계들(S2, S3)에 적용될 것들과 동일해야 한다. 사용되는 격자는 2 개의 층이나 어떤 특정한 오버레이를 가질 필요가 없다. 캘리브레이션 단계(S0)의 예시들은 도 7 및 도 9를 참조하여 아래에 더 자세히 설명될 것이다.
타겟들의 실제 측정 동안, 단계(S2a)에서는 캘리브레이션 공정을 통해 결정된 보정 패턴으로 SLM(24)이 프로그램되며, 이는 단계(S2)에서 수행된 -1차 이미지 측정에 적합하다. 이와 유사하게, 단계(S3a)에서는 단계(S3)에서 +1차 스캐터로메트리 이미지를 측정하기 전에 제 2 조명 모드에 적합한 보정 패턴으로 SLM(24)이 설정된다. 이러한 보정 패턴들은 검사 장치의 "비대칭 맵"으로서 간주될 수 있다.
단계(S4a)는 스캐터로미터의 시야 내에 작은 타겟의 위치 변동으로 인해 유도된 광학 경로의 차이에 대한 보정을 나타낸다. 이 위치 보정을 위하여, 캘리브레이션 단계(S0)는 상이한 캘리브레이션 측정들 사이에 시야(31) 내의 상이한 위치들에 배치된 타겟에 대해 복수의 캘리브레이션 측정들을 수행하는 단계를 포함한다. 보정 단계(S4a)는 제어기(PU)에 내장된 소프트웨어에 의해 수행된다. 이 위치 보정은 우리의 동시계류 출원 US 61/412,381(대리인 문서번호 P-3746.000-US)에 개시되어 있다. 위치 보정은 여기서 더 자세히 설명되지는 않을 것이며, 캘리브레이션 단계(S0)는 단계들(S2 및 S3)에 적용되고 아래에 자세히 설명되는 2 개의 조명 모드들 또는 이미징 모드들에 대해 퓨필-기반 비대칭 맵을 얻는 것을 항상 일컬을 것이다.
도 7은 기판 이미지 센서(23)의 중간 퓨필 평면에 위치되고 도면 맨 아래에 직사각형으로 나타낸 SLM(24)의 픽셀 평면들에 적용될 보정 인자들을 도출하기 위하여 도면의 맨 위에 직사각형으로 나타낸 퓨필 평면 이미지 센서(19)에 의해 행해진 픽셀 세기 측정이 사용되는 캘리브레이션 측정들의 원리를 예시한다. 퓨필 이미지 센서(19)는 한 쌍의 좌표(u, v)가 표시되어 있는 픽셀들의 직사각형 어레이(70)로서 구성된다. u 및 v 좌표들의 방향은 장치의 X 및 Y 축에 대응하지만, 센서(19)가 대물 렌즈(16)의 켤레 퓨필 평면에 있기 때문에, u 및 v의 위치들은 기판 평면의 지점들이 아니라 타겟의 회절 스펙트럼의 공간 주파수들에 대응한다. 이것이 중간 퓨필 어퍼처 스톱을 통해 23에서 검출되는 이미지를 향해 투과될 때, 점선의 원(72)은 대물 렌즈(16)의 퓨필의 각도 범위를 나타낸다. 어퍼처들이 퓨필 평면의 중심에서 부분적으로 일치한다면, 중간 어퍼처 스톱은 회절 후 최대 13N 및 13S 어퍼처들의 교차점만큼 클 수 있다. 광축(O)의 위치는 스폿으로 표시되어 있다. 벡터(
)는 어레이(70)에서 특정 픽셀(74)의 위치를 나타낸다. 이 픽셀은 검게 칠해져 있다. 픽셀(74)에 대해 대칭적으로 반대쪽에, 하얗게 칠해진 또 다른 픽셀(76)이 있으며, 광축의 원점(O)으로부터의 벡터 위치는 -
이다. 광축(O)을 중심으로 대칭인 회절 스펙트럼에 대하여, 이 픽셀들은 스펙트럼의 대칭적으로 반대인 부분들을 나타낸다(record).
도면의 우측편에 개략적으로 예시되어 있는 바와 같이, 단계(S0)에서, 먼저 기판 평면에서 0°의 회전 각도로, 그 다음 180°(π) 회전 각도로, 세기 I(u, v)에 대하여 스캐터로미터의 시야에 위치된 잘 정의된 타겟을 갖는 각각의 픽셀에서 캘리브레이션 측정들이 행해진다. 도면에 표시된 RZ는 Z 축을 중심으로 한 회전을 일컫는다. 타겟의 두 회전들 간의 세기 그리고 퓨필 평면 픽셀 어레이(70)에서 대칭적으로 반대인 픽셀 위치들 간의 세기를 비교함으로써, 광학 시스템의 비대칭이 계산될 수 있어, 2 개의 픽셀들의 평균 세기에 대한 비대칭 값(δ)을 얻을 수 있다. 0 및 180°웨이퍼 회전에서의 +1차 세기 또는 0 및 180°웨이퍼 회전에서의 -1차 세기 중 어느 하나를 취하는 것으로 충분함을 유의하여야 한다. 예시적인 실시예에서는, 더 확실한 캘리브레이션을 위해 각각 2 개의 세기, 따라서 총 4 개의 세기를 포함하는 두 개의 세트들이 사용된다.
퓨필 이미지 센서의 픽셀 어레이에 걸친 이 비대칭 맵은 픽셀 위치들(u, v)에 대응하는 보정 인자들(f)의 어레이로 변환된다. 따라서, 이는, 필요하다면, SLM(24)의 픽셀 어레이(80)의 픽셀 위치들(u', v')에서 보정 인자(f)의 맵으로 전환된다. 좌표 쌍(u', v')은 원칙적으로 좌표(u, v)와 동일할 수 있지만, 픽셀들의 개수의 차이(샘플링 밀도) 그리고 센서(19)에 비해 SLM(24)의 2 개의 퓨필 평면들 간의 가능한 회전에 대한 허용이 이루어져야 한다. 보정 인자들(f)은 좌표(u', v')로 바로 표시되는 2-차원 어레이로 저장될 수 있다. 이들은 벡터 K 또는 여타의 원하는 포맷으로 표시될 수 있다. SLM(24)은 방사선을 증폭시키지 않고 오직 감쇠시킬 수만 있기 때문에, 보정 값들은 SLM(24)에 적용되기 전에 축소되어야 하며, 따라서 1(unity)을 나타내는 소정 값보다 더 크고 작은 보정 인자들을 적용하기 위한 공간(headroom)이 존재한다.
캘리브레이션 및 보정 공정들의 더 상세한 설명에 대한 소정의 이론적 기반 및 표시를 제공하기 위하여, +1 및 -1차의 각 픽셀의 검출된 세기(as-detected intensities: I±1)에 대한 표현들에 대해 먼저 설명한다; 이 표현은 센서(19)에 의해 검출된 퓨필 평면 이미지의 주어진 픽셀 쌍에 대해 적용되며, 하나의 픽셀은 +1차에 속하고 다른 것은 -1차에 속한다; 퓨필 평면에서, 두 개의 픽셀들은 원점(O)을 통한 지점-반전(point-inversion)을 통하여 관련된다. 픽셀-쌍의 반대 픽셀들에 대하여 대물 렌즈(16)를 통과하는 2 개의 경로들에 대한 스캐터로미터의 투과 특성들은 T(1±δ)로 표시된다. 또한, 
를, 투과의 비대칭에 대해 보정된 각각의 1차 차수들의 이상적인 세기로 정의하기로 한다. 공통 투과 인자(T)는 실제로 대칭적이며, 본 명세서에서 특별히 관심 있게 다루지 않는다. 이는 1로 놓을 수 있다.
도 7을 참조하면, 도면의 좌측 부분은 타겟 격자(82)의 4 개의 캘리브레이션 측정들의 성능을 예시하고 있다. 이 캘리브레이션 공정에서 기판(W)은 제품 웨이퍼이거나 특별한 캘리브레이션 기판일 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 캘리브레이션 타겟 격자(82)는 도 4에 도시된 오버레이 측정 격자들(32) 등보다 큰 격자이며, 검사 장치의 조명 스폿(31)보다 크다. 4 개의 측정 단계들(M1 내지 M4)이 예시되며, 각각 상이한 조건들 하에서 수행되고, 캘리브레이션 계산에 각각의 세기 값을 제공한다. 편리하게 0°라고 칭해지는 제 1 회전 각도에서 기판(W)을 이용하여 2 개의 측정들(M1, M2)이 수행된다. 기판을 이용하여 또 다른 쌍의 측정들(M3, M4)이 행해지며, 이에 따라 격자(82)가 180°(π) 회전된다. 각 쌍의 측정들에서, 오버레이 측정들에 사용될 각각의 조명 모드들을 이용하여 측정이 행해진다. 도 3a에 도시된 장치의 경우, 이 예시는, 예를 들어 어퍼처 플레이트들(13E 및 13W)을 이용하여 측정을 행하는 것에 대응한다. 측정(M1)에 대해 도면을 참조하면, 원은 퓨필 이미지 센서(19)에 표시되는 퓨필 이미지(72)를 나타낸다. 어퍼처 플레이트(13)의 어퍼처의 0차 이미지는 도면번호 84로 나타나 있다. 사전정의된 피치를 갖는 격자에 의해 유도된 회절 때문에, 1차 회절 신호는 84'에 나타낸 바와 같이 퓨필 이미지에서 소정 양만큼 변위된 어퍼처의 복제물(copy)로서 나타나 있다. 이 영역(84') 내의 어느 한 픽셀의 세기는 어퍼처(84)에 작은 원으로 표시된 위치로부터 발생한 조명에 대응하는 +1 회절 차수의 세기를 포함한다. 동일한 패턴이 이미징 브랜치의 중간 퓨필 평면에 나타난다. 위치(84)에서 생긴 0차 회절 방사선은 측정 동안 필드 스톱(21)에 의해 차단된다. 회절된 어퍼처(84)의 영역에 걸쳐 통합된 검은 부분의 세기는 측정된 세기(I 0 +1)를 제공한다.
어퍼처를, 예를 들어 13E에서 13W로 바꾸면, 측정 단계(M2)가 수행되어, 0 회전에서 -1차의 세기, 즉 I0 - 1를 측정할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 각각의 측정에서 각각의 픽셀은 점선의 작은 정사각형으로 이 도면들에 나타낸, 광축의 다른 측면에 대칭적으로 위치된 픽셀을 갖는다.
측정들(M1, M2)이 행해진 후에는, 기판(W)이 회전되고 검사 장치의 시야 내로 격자(82)가 들어오게 된다. M3 및 M4는 각각 M1 및 M2와 정확히 동일한 방식으로 수행된다. 하지만, 격자가 180°회전되었기 때문에, 측정(M3)은 -1차 세기를 얻는 한편, 측정(M4)은 +1차 세기를 얻는다. 2 개의 1차 차수들 중 어느 것이 +1로 표시되고 어느 것이 -1로 표시되는지는 임의적인 선택이다. 핵심은, 격자를 180°회전시킴에 의해 퓨필 이미지(72)의 동일한 픽셀 위치들에 반대의 차수가 생기는 것이다. 그러므로, 측정들(M1 내지 M4)의 결과들을 조합함으로써, 장비 자체로 인한 비대칭, 특히 측정들 간에 상이한 조명 모드들에 사용되는 상이한 광학 경로들로 인한 비대칭들이 계산될 수 있으며, 보정 인자들(f)을 이용하여 보정될 수 있다.
캘리브레이션 공정에서, 각각의 측정들(M1 및 M2):
웨이퍼(기판) 회전(π)에서의 측정들(M3, M4), +1 및 -1차에 대한 광학 경로들이 서로 바뀌어, 다음을 측정한다:
이미 언급된 바와 같이, 이 세기들은 센서(19)의 모든 픽셀에 대해 별도로 측정된다. 이 측정된 세기들로부터, 수학식에 대해 4 개의 모든 세기를 동시에 이용하여 픽셀당 세기 비대칭(δ)이 연산될 수 있다:
이 과정에 따라, 1차 차수들의 모든 픽셀-쌍에 대하여 툴 비대칭(δ)을 한번에 그리고 모두에 대해 캘리브레이션할 수 있으며, 이는 기판의 단 한 번의 180°(π만큼) 회전으로 달성된다. 후속하여, SLM(24)을 이용해서 작은 타겟 격자들에 대해 측정된 세기들을 보정하여, 기판 회전 없이 오버레이 값들을 얻을 수 있다. 0 웨이퍼(기판) 회전 시에 수행되는 측정에 수학식을 적용함으로써, (퓨필 평면의 픽셀당) 보정 인자들(f+1 및 f-1)들이 얻어진다:
그러므로,
이미 설명된 바와 같이, 단계들(S2 및 S3)에서 측정된 작은 격자(32) 등의 다크-필드 이미지(42) 등에 걸쳐 평균화된 세기들에 기초하여, 단계(S4)에서 비대칭들이 얻어진다. 또한, 파스세발의 정리(Parceval's theorem)로 인하여, 어퍼처에 걸쳐 중간 퓨필 평면의 세기를 평균화함으로써 비대칭이 모델링될 수 있다. 4 개의 격자들(32 내지 35)이 포함된 도 4의 합성 타겟과 같은 타겟을 고려한다. 각 쌍의 격자들에 오버레이 바이어스들(+d 및 -d)을 갖는, 한 쌍의 X-방향 격자들 및 한 쌍의 Y-방향 격자들이 존재할 수 있다. 도 7에 유도된 표시를 이용하고, 
가 주어진 픽셀 위치(
)에서 조명 모드들 간에 툴-유도된 비대칭을 나타냄을 상기하여, 0°기판 회전에 대하여 단계(S4)에서 각 픽셀 쌍에서 +d 및 -d 바이어싱된 격자들에 대해 발견된 비대칭들은 다음과 같으며:
기판 회전(π)에 대하여, +d 및 -d 바이어싱된 격자들에 대해 발견된 비대칭들은 다음과 같다:
상기 두 수학식들 각각의 우측편의 제 1 항(term)은 요구되는 차이/비대칭 신호이다. 각 수학식들의 우측편의 제 2 항은 
에 의해 모델링된 툴 비대칭으로 인한 불필요한 방해(unwanted disturbance)이다. 픽셀당 툴 비대칭은 +1 및 -1차 회절 차수의 합에 결합하고(couple), 항들은 필드 스톱(21)에서 어퍼처에 걸쳐 평균화됨을 유의한다. 이 결합으로 인해, 툴-유도된 비대칭의 효과는 공정 조건들, 이를테면 오버레이 격자의 최상부 및 저부 격자들 사이의 층의 두께에 의존한다. 다시 말해, 상이한 공정 조건들은 도출된 비대칭들의 상이한 오프셋들을 유도할 수 있다. 기판의 0과 180°의 두 회전들 사이에 1차 비대칭의 툴-유도된 오프셋은 ΔA±d로 나타낼 수 있다:
어퍼처에 걸쳐 평균화하기 때문에, 툴 비대칭은 측정된 타겟 비대칭 값들의 1회 캘리브레이션에 의해 보정될 수 없다. 하지만, 상기의 
및 
에 대한 수학식들의 합을 취하여, 0 및 π 웨이퍼 회전들에 걸쳐 유효하게 평균화함으로써, 툴 비대칭 
으로 인한 항들이 완벽히 상쇄됨에 따라, SLM(24) 및 캘리브레이션 단계(S0)를 이용하여 퓨필 평면의 보정을 허용할 수 있다.
제 2 실시예
도 8은 본 발명의 제 2 실시예를 예시하며, 이는 앞서 설명된 대안적인 타입으로 구성되고, 상이한 조명 모드들이 아니라 상이한 이미징 모드들에서 다크 필드 이미지들로부터의 비대칭 측정들을 수행한다. 수정된 조명 어퍼처 플레이트(113)는 단지 예시를 위해 온-액시스 조명을 제공하는 한편, 필드 스톱(121)은 상이한 형태를 취하여, 이미지 센서(23)의 다크 필드 이미지에 기여할 회절 방사선의 차수를 비대칭적으로 선택할 수 있게 한다. 필드 스톱(121)은, 예를 들어 제 1 이미지를 나타내기 위해 121N로 나타낸 형태를 취할 수 있으며[단계(S2)], 제 2 측정을 위해 121S로 나타낸 형태로 변경될 수 있다[단계(S3)]. 그러므로, 도면에는 센서(23)에 다크 필드 이미지를 형성하도록 연장되는 쇄선의 광선들로서 +1차 및 -1차 빔들이 둘 다 도시되어 있지만, 이 광선들 중 하나만이 각 측정 단계에서 센서에 도달하도록 허용되며, 다른 하나는 필드 스톱(121)에 의해 차단된다.
이 방식으로, 조명 브랜치에서 제 1 및 제 2 조명 모드들을 이용하는 것이 아니라, 스캐터로미터의 이미징 브랜치에서 제 1 및 제 2 이미징 모드들을 이용함으로써 단계들(S2 및 S3)에서 측정들이 행해진다. 또한, 스캐터로미터의 이미징 브랜치의 중간 퓨필 평면에 필드 스톱(121)에 인접하게 SLM(124)이 배치된다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 이 예시에서 0차 회절 방사선(0) 및 입사 조명(I)은 광축(O)에 또는 이에 근접하여 정렬된다. +1 및 -1차 회절 신호들은 광축(O)의 양쪽에 각도를 이루도록 대칭적으로 회절된다. 센서(19)에 투영되는 퓨필 평면 이미지에서, 0차 (정반사) 광선에 대하여 대칭적으로 반대 각도에 나타나는 이 +1 및 -1차 회절 차수들이 센서(19)의 픽셀 어레이(70)의 별도의 영역들 상으로 이미징된다. 필드 스톱(121) 및 SLM(124)이 위치되는 이미지 센서 브랜치의 중간 퓨필 평면에, 또한 이 +1 및 -1차 회절 차수들이 방사선 빔에 걸쳐 상이한 위치들에 나타난다.
도 8c 및 도 8d는 상이한 축을 따라 방위가 잡힌 타겟 격자들을 분석하기 위하여 제 3 및 제 4 이미징 모드들을 제공하는데 사용하는 대안적인 형태의 어퍼처 플레이트(121)를 나타낸다. 도 8d는 2 개의 직교 방향들로 격자들에 대한 이미징 모드들을 조합하는 대안적인 필드 스톱들을 나타낸다. 이들의 형태는 도 3c 및 도 3d의 어퍼처 플레이트들의 형태와 매우 유사한 것으로 인식될 것이다. 따라서, 이 단계에서 더 상세한 설명이 제공되지 않을 것이다.
도 9는 어퍼처 플레이트(113)에 의해 조명 하에서 회전 및 비-회전 타겟들을 이용하여 수행되는 캘리브레이션 측정들을 개략적으로 예시한다. 또한, 스캐터로미터에 응답하여 비대칭들이 센서(19)에 의해 퓨필 평면에서 측정되고, 보정 인자들[f(u, v)]을 도출하기 위해 사용되며, 이에 의하여 유닛(PU)은 SLM(124)을 구동할 수 있어, 이것이 위치된 중간 퓨필 평면의 각 픽셀 위치를 통과하는 방사선을 어느 정도 감쇠시킬 수 있다. 중심 어퍼처를 갖는 어퍼처 플레이트(113)는 0차 이미지(184) 및 1차 이미지(184')를 유도하며, 이때 단계(M1 내지 M4)에서 캘리브레이션에 대한 세기들이 측정된다.
필드 스톱(121)이 제 1 및 제 2 측정들(제 1 및 제 2 이미징 모드들) 사이에 바뀌는 경우, 광학 경로들은 SLM(124)의 비-중첩 부분들(non-overlapping portions)을 통해 진행함을 유의한다. 그러므로, 툴 비대칭을 보정하기 위해 SLM(124)에 적용된 패턴은 이 실시예에서 단계들(S2a 및 S2b) 사이에 바뀔 필요가 없다. SLM(124)의 상이한 부분들은 관련 이미징 모드에 대한 보정 인자들을 이용하여 사전-프로그램될 수 있다. 관련 영역들 외부의 SLM의 부분들은 전혀 프로그램될 필요가 없다.
제 3 실시예
도 10은 제 3 실시예를 예시한다. SLM 및 필드 스톱의 기능들이 단일 SLM(224)에 조합되었다는 것을 제외하면, 이는 도 8의 실시예와 유사하다. SLM(224)의 2 개의 대안적인 상태들이 도면에 224N 및 224S로 표시되어 있다. 유닛(PU)이 SLM(224)을 제어함에 따라, 이 상이한 상태들은 유닛(PU)에 의해 설정되어, 각각의 모드에 요구되는 어퍼처 내에 속하게 되는 픽셀 위치들에 대해 계산된 보정 인자들[f(u, v)]에 따라 감쇠와, 북측 및 남측 어퍼처를 갖는 필드 스톱 둘 모두의 기능들을 수행한다.
도 11은 다크 필드의 작은 타겟 이미지들이 캡처될 수 있는 조명 모드들 및 타겟들의 범위를 연장시키기 위하여 상이한 형태의 필드 스톱(121)이 어떻게 사용될 수 있는지를 도 11a 및 도 11b에 나타내고 있다. SLM을 이용하지 않고도 상이한 형태의 필드 스톱이 제공될 수 있지만, SLM의 이용은 하드웨어 수정 없이 어떠한 어퍼처 패턴도 프로그램될 수 있게 하며, 어퍼처 패턴들이 거의 즉각적으로 전환될 수 있게 하기 때문에, 실제로 증가된 유연성을 가져올 수 있다.
도 11a의 예시에는, 도 10 및 이전의 도면들에서와 동일한 형태를 갖는 것으로 어퍼처 플레이트(13)가 도시되어 있다. 즉, 광축에 놓인 중심 어퍼처(90)를 통해 조명이 제공된다. 종래와 같이, 이 형태의 어퍼처는 파라미터들 0.0/0.5에 의해 특성화되며, 이는 개방된 부분이 원점(0, 0)에 중심이 잡히고 대물 렌즈(16)의 퓨필의 주변 둘레까지의 절반 거리(half way)만큼 연장됨을 나타낸다(0.5는 절반 거리를 나타냄). 도 11a의 중간 부분에는 소정의 격자 피치를 갖는 타겟으로부터 퓨필 이미지 센서(19)로부터 나타내어진 이미지가 도시되어 있다. 이 이미지의 중심에 있는 밝은 원은 0차 회절 조명을 나타내며, 이는 본질적으로 퓨필의 주변을 향해 각 방향으로 절반 거리까지 그리고 광축을 따라 단순히 다시 반사된다. 이 이미지를 생성하는데 사용된 타겟은 도 4에 예시된 타입의 합성 타겟이라고 가정한다. 이 예시에서 합성 타겟은 X- 및 Y-방향 격자 구성요소 둘 모두를 가져, 1차 회절의 4 개의 영역들이 센서(23)의 이미지의 상측 및 하측 그리고 좌측 및 우측에 식별된다. 타겟은, 예를 들어 +d 및 -d 오버레이 바이어스들을 갖는 한 쌍의 X-방향 격자들, 그리고 +d 및 -d 오버레이 바이어스들을 갖는 한 쌍의 Y-방향 격자들을 포함할 수 있다. 타겟 격자는, 예를 들어 550 nm 파장의 조명 하에서 750 nm의 피치를 가질 수 있다.
도 11a의 우측편에는 4 개의 대안적인 형태의 필드 스톱(121)이 예시되어 있으며, 각각은 중심 이미지에 나타낸 "자유 1차(free first order)" 회절 신호들 중 하나를 선택하도록 구성된다. 선택될 부분들은 "자유 1차"라고 칭해지며, 이는 이들이 여타의 회절 차수에 중첩(superimpose)되지 않음을 의미한다.
도 11b는 제 2 형태의 어퍼처 플레이트(13)를 나타내며, 이때는 파라미터들 0.7/1.0을 갖는다. 이 파라미터들에 따르면, 어퍼처는 환형의 링이며, 광축으로부터 퓨필의 주변까지 0.7의 거리에서 시작하며, 상기 주변 주위 끝까지로 연장된다. 타겟 격자는, 예를 들어 550 nm의 조명 하에서 500 nm의 피치를 가질 수 있다. 화살표(96)로 표시된 바와 같이, 이 환형 조명 모드는 센서(19)의 이미지에 환형의 밝은 0차 부분을 유도한다. 4 개의 1차 회절 신호들의 각각은 고리의 일 부분(segment of an annulus)이 되며, 이 4 개의 부분들은 도시된 패턴에서 0차 신호와 오버랩되며 및/또는 서로 오버랩된다. 이 구성에서, 4 개의 자유 1차 신호들은 중심에 매우 가깝게 비교적 작은 사다리꼴의 이미지 부분들에 나타난다. 화살표(98)로 나타낸 바와 같이, 어퍼처 플레이트(121)는 4 개의 상이한 형태들을 이용하여 3 개의 1차 차수들의 각각을 개별적으로 선택할 수 있다.
도 3b 및 도 8d의 예시에서와 같이, 다른 형태의 어퍼처 플레이트가 고려될 수 있으며, 이는 X 방향으로 회절된 1차 차수들 중 하나 그리고 Y 방향으로 회절된 또 다른 차수가 동시적으로 될 수 있다. 고려되는 바와 같이, 필드 스톱(121)에 이 상이한 크기 및 형상의 어퍼처를 제공하는 능력은 더 큰 범위의 회절 격자, 조명 모드 및 조명 파장이 이용될 수 있게 하여, 오버레이와 같은 타겟 특성들의 가능한 최적의 측정들을 얻을 수 있다. 도 10의 실시예와 같은 실시예에서, SLM(224)과 같은 프로그램가능한 공간 광 변조기에 의해 필드 스톱(121)의 기능들이 구현된다면, 스루풋 또는 장치 크기 및 비용에 관한 것이든 간에, 다양한 이 필드 스톱 패턴들을 제공하는데 따른 실제적인 불이익(real penalty)이 초래되지 않는다.
제 4 실시예
상이한 조명 및/또는 이미징 모드들에 사용되는 광학 경로들 간의 차이를 보정/캘리브레이션하기 위해 SLM을 사용하는 것 이외에도, 지금까지 설명된 방법들에서보다 더 직접적으로 측정들로부터 '피처 추출(feature extraction)' 또는 '파라미터 추출'을 구현하는데 SLM이 사용될 수 있다. 설명을 위해, 앞서 설명된 방법들은 상보적 회절 차수들 간의 비대칭을 측정하며[단계(S4)], 이 비대칭 측정 및 소정의 캘리브레이션들로부터 오버레이와 같은 또 다른 파라미터가 평가된다[단계(S5)]. 제 4 실시예에서, SLM은 관찰된 비대칭이, 측정되는 구조체, 또는 더 일반적으로는 리소그래피 공정의 파라미터를 직접적으로 나타내도록 설계된 특정한 공간 세기 변동들로 프로그램된다. 이러한 파라미터는, 예를 들어 포커스일 수 있다. 대안적으로, 스캐너 파라미터들이 관련되어 있다면, 이는 도즈 또는 조명 파라미터일 수 있으며; 피처 파라미터들이 관련되어 있디면, 이는 오버레이 또는 측벽 각도일 수 있다. 본 명세서에서 전문이 인용 참조되고 있는 우리의 공개된 특허 공보 WO 2010/076232 A2에는, 타겟의 라인 구조체의 상이한 좌측 및 우측 측벽 각도(SWA)와 같은 프린트된 타겟의 프로파일의 비대칭에 의해 유도된, 산란된 광의 고차 차수들의 비대칭을 이용하여 포커스를 측정하는 방법이 개시되어 있다.
본 명세서에서 전문이 인용 참조되고 있는 우리의 공개된 특허 공보 WO 2010/130600 Al에는, 포커스 및 스캐터로메트리 스펙트럼의 측정된 비대칭 간의 관계를 결정하는 방법이 개시된다. 상기 방법에서는 리소그래피 장치에 의해 기판에 2 개의 주기적인 구조체들이 형성되고, 각각의 구조체는 반대 측벽 각도들 간의 비대칭과 같은 적어도 하나의 피처를 가지며, 이는 기판 상으로의 리소그래피 장치의 포커스의 상이한 함수로서 변동한다. 각각의 피처들에 대한 비대칭들의 비율은 기판의 포커스에 대한 값들을 결정하는데 사용되며, 이는 리소그래피 장치에 대한 처리 조건들과 독립적이다.
앞서 언급된 방법들 중 어느 것으로도, 이미징 센서(23)가 아닌 퓨필 이미지 센서(19)를 이용하여 상이한 조명 모드들의 회절 스펙트럼이 측정된다. 예를 들어, 주성분 분석을 포함하는 기계-학습 기술들(machine-learning techniques)이 회절 기반 오버레이에 의하여 비대칭의 측정에 적용될 수 있음을 알게 되었다. 이는 검출된 회절 스펙트럼에 걸쳐 비-바이너리형 가중 패턴들(non-binary weighting patterns)을 정의하는 것을 수반할 수 있으며, 따라서 포커스, 도즈 등, 또는 SWA 등과 같은 요구되는 관심 파라미터들에 대한 민감도를 향상시킬 수 있다. 하지만, 알려진 다크 필드 이미징 방법들, 특히 오버필된 작은 타겟들을 이용하는 방법들에서는, 회절 스펙트럼이 측정을 위해 접근가능하거나 직접 측정되지 않으므로, 이러한 기술들은 우선적으로 배제된다.
본 발명자들은 비-바이너리형 감쇠 패턴을 갖는 켤레 퓨필 평면에 공간 광 변조기(SLM)를 배치함으로써, 작은 타겟을 이용하는 측정들을 포함하여 다크 필드 이미징-기반 측정들에 이 방법들에서와 동일한 원리들이 적용될 수 있음을 알게 되었다. 도 12의 방법들에 의한 SLM 패턴의 기계 학습[훈련(training)]을 이용함으로써, 포커스 변동들이 측벽 각도 등의 비대칭으로 드러나게(render) 하기 위해 이용되는 타겟들과 연계하여, 포커스와 같은 선택된 파라미터들이 작은 타겟들로부터 직접 측정될 수 있다.
도 12를 참조하면, 도 6의 흐름도의 수정된 형태이며, 예를 들어 도 3과 동일한 장치를 이용하여 수행될 수 있는 제 4 실시예에 따른 방법을 나타낸다. 처리의 차이점들은 다음과 같다. 요구된다면, SLM을 캘리브레이션하여 모드들 간의 광학 시스템 성능의 차이를 보정하는 단계(SO)가 여전히 수행될 수 있다. 하지만, 그 이외에 1 이상의 관심 파라미터들에 대하여 장치를 캘리브레이션하는 새로운 단계(S0')가 수행된다. 이미 언급된 바와 같이, 이 파라미터들은 포커스, 오버레이, 또는 임계치수 혹은 측벽 각도와 같은 것일 수 있다.
회절 스펙트럼과 이러한 파라미터 간의 관계는 매우 복잡하다. 그러므로, 예를 들어 포커스의 직접적인 판독을 이끌어내는 감쇠 패턴을 얻는 것은 쉬운 일이 아니다. 하지만, 훈련 세트의 구조체들 & 측정들에 주성분 분석(PCA)과 같은 기계 학습 기술들이 적용될 수 있으며, 이에 의하여 최적의 감쇠 패턴이 유도되고 또한 이후의 사용을 위해 저장될 수 있다. 측정을 관찰 중인 특정한 파라미터 또는 특성에 민감하게 하기 위해, 격자들 또는 다른 구조체들 자체, 및/또는 소정의 처리 단계들이 특별히 이용될 수 있다. 이 훈련 공정은 단계(S0')에 기초한다. 이는, 도 6의 센서 방법에서 다수의 상이한 회절 이미지들을 얻기 위해, (1 이상의 기판들에) 훈련 세트의 타겟들을 제공하고 측정 단계들(S1 내지 S4) 또는 그와 유사한 단계들 반복함으로써 수행될 수 있다. 훈련 세트는 관심 파라미터(들)를 포함하여 다양한 파라미터들이 변동하는 타겟들을 포함하며, 이 특성들(파라미터들)은 선험적으로 또는 다른 측정 기술들에 의하여 알려진다. SLM(24) & 필드 스톱(21)에 의해 나타내어진 켤레 퓨필 평면의 회절 스펙트럼의 소정 부분들을 선택적으로 감쇠시킴으로써, 센서(23)의 이미지는 소정의 파라미터들(예를 들어, 측벽 각도)의 비대칭의 변동에 더 민감해질 수 있으며, 다른 파라미터들(예를 들어, 층 두께)에 덜 민감해질 수 있다.
특정 관심 파라미터에 대한 감쇠 패턴을 얻었으면, 이 패턴은 단계(S2a' 및 S3a')에서 SLM(24)의 픽셀 위치들에 적용되며, 이전의 실시예들에 대해 설명된 조명 모드 또는 이미징 모드에 특정화된 어떠한 요구되는 보정 및/또는 필드 스톱 패턴도 적용한다[선택적으로, 이러한 상이한 기능들은 일렬로 배치된 별도의 SLM에 할당될 수 있으며, 각각은 그 자체의 설정을 가지고 이 단계들에서 수행된다. 또한, 조명 어퍼처(13)를 포함하여 다른 켤레 퓨필 평면에도 감쇠가 적용될 수 있음을 유의한다].
이미지 쌍이 파라미터-특정 감쇠 패턴으로 얻어졌으면, 조합된 단계(S4'/S5')가 수행되어, [도 6의 단계(S4)에서와 같이] 상이한 이미지를 계산하고, 원하는 파라미터(SWA, 포커스 등)를 나타내는 값을 직접 얻는다. 즉, 센서(23)를 이용하여 표시된 -1 및 +1차 이미지의 세기들 사이에 관찰된 차이가 실질적으로 관심 파라미터의 직접적인 척도(direct measure)가 되도록, 단계(S0')의 훈련 공정 그리고 단계들(S2a' 및 S3a')에서 SLM(24)에 의한 감쇠 패턴의 적용이 수행될 수 있다. 비-선형 캘리브레이션 기능[단계(S5)]을 통한 별도의 변환이 더 이상 요구되지 않거나, 단순화된다.
도 13a는 아래에 설명될 제 4 실시예의 예시에서 어퍼처(13)에 의해 적용될 특정 조명 모드를 나타낸 것이다. 적절한 수정에 의해 다른 어퍼처들이 사용될 수 있으며, 도 13a의 패턴은 본 명세서에 설명된 제 1 내지 제 3 실시예 및 제 5 실시예의 변형들에 사용될 수 있다. 도 13a에 예시된 특정 조명 모드는 우리의 공개된 특허 출원 US 2010/201963 Al로부터 알려진 타입의 대칭적 분할 조명 패턴(symmetric, segmented illuminaion pattern)이다. a 및 b로 표시된 2 개의 정반대의 사분면들은 이 조명 패턴에서 밝게 나타나 있는 한편[어퍼처(13)의 투명한 부분들], 다른 2 개는 어둡게 나타나 있다(불투명한 부분들].
도 13b는 어퍼처에 의해 제공된 조명 패턴이 도 13a에서 a 및 b로 표시된 밝은 사분면들을 가질 때 단순한 타겟 격자(G)에 기인한 회절 패턴(스펙트럼)을 나타낸 것이다. 이 스펙트럼에서는, a0 및 b0로 표시된 0차 반사들 이외에, a-1, a+1, b-1 및 b+1로 표시된 -1 및 +1차 회전 신호들이 존재함을 알 수 있다. 이 회절 패턴 그리고 이것이 스캐터로메트리에 이용될 수 있는 방식은 공개된 출원 US 2010/201963 Al에 자세히 설명되어 있다. 간단히 설명하자면, 여기서 조명 어퍼처의 다른 사분면들이 어둡기 때문에, 또한 더 일반적으로는 조명 패턴이 180°회전 대칭을 갖기 때문에, 회절 차수들(a-1 및 b+1)이 "자유"임을 알 수 있으며, 이는 회절 차수들이 조명 어퍼처의 다른 부분들로부터의 0차 또는 고차 신호들과 중첩되지 않음을 의미한다. 종래의 원대칭 조명 어퍼처들(circularly-symmetric illumination aperture)이 사용된 경우 이미징될 수 있는 최소 피치의 절반인 피치를 갖는 회절 격자로부터 클리어한(clear) 1차 신호들을 얻기 위해, 이 분할 조명 패턴의 특성이 사용될 수 있다. 별도의 -1 및 +1차 회절 신호들이 켤레 퓨필 평면의 별도의 부분들에 동시에 존재한다는 사실은, 조명 모드를 바꾸지 않고 필드 스톱(21, 121) 및/또는 SLM(24, 124, 224)을 이용하여 회절 신호들이 선택될 수 있음을 의미한다.
직접적인 피처 추출의 예시 - 포커스
제 4 실시예의 적용 및 잠재력(potential)이 더 잘 이해되도록 하기 위하여, 예시의 방식으로 온-프로덕트 타겟들(on-product targets)을 이용하여 그리고 도 3의 장비와 같은 스캐터로미터의 다크 필드 이미징 브랜치의 SLM을 이용하여 포커스와 같은 파라미터가 어떻게 측정될 수 있는지를 설명할 것이다. 기계-학습 기술의 일 예시로서, 주성분 분석이 이용될 것이다. 위키피디아에 따르면, "주성분 분석(Principal component analysis: PCA)은, 직교 변환을 이용하여, 상관 변수일 것으로 관찰된 값들의 한 세트(a set of observations of possibly correlated variables)을, 주성분들이라 칭해지는 비상관 변수 값들의 한 세트로 전환하는 수학적인 과정이다. 주성분들의 개수는 원래 변수들의 개수와 같거나 이보다 작다. 제 1 주성분이 가능한 높은 분산(variance)을 갖고(즉, 가능한 한 많은 데이터 가변성을 고려하고), 따라서 이것이 이전의 성분들에 직교하는(이와 비상관되는) 제약 하에서 각각의 이후의 성분이 가능한 가장 높은 분산을 갖는 방식으로, 이 변환이 정의된다. 주성분들은 데이터 세트가 함께 정규 분포를 따르는(jointly normally distrituted) 경우에만 독립적임이 보장된다. PCA는 원래 변수들의 상대 스케일링(relative scaling)에 민감하다." PCA 구현은 MATLAB와 같은 상용되는 수학 소프트웨어 제품들에 지원되므로, 여기서 자세하게 설명될 필요는 없다. 예를 들어, 잘 알려진 MATLAB 통계 툴박스에서, 함수들 "princomp" 및 "wmspca"는 주성분들을 제공하는 한편, 함수 "pcares"는 저-등급(low-rank) PCA 근사화에 대한 재구성된 매트릭스 및 나머지를 제공한다.
제 1 단계로서, 퓨필 이미지 센서(19)를 이용하여 스캐터로메트리에 PCA를 어떻게 적용할 것인지를 고려하여, 센서 이미지의 각 픽셀에 대한 퓨필 좌표(
)를 정의한다. 이 좌표는 상기의 제 1 실시예의 설명에서 벡터(
)에 효과적으로 대응한다. 퓨필 평면 이미지에서, 퓨필 좌표(
)에서의 비대칭[
]의, PC i 로 나타낸 i-번째 PCA 성분은 
로 표시된 i-번째 PCA "고유이미지(eigenimage)"에 이를 투영함으로써 얻어진다(여기서, 아래 첨자는 TE 또는 TM 입력 편광을 갖는 조명이 사용되는지를 나타내며; 간명함을 위해, 이 아래 첨자는 이후 생략될 것이다). 수학식 형태로, PCA 성분들은 다음과 같이 얻어진다:
여기서, I ±1 st 는 퓨필의 +1 및 -1 회절 차수들의 검출된 세기를 나타낸다.
도 14는 도 12의 방법에서 다크 필드 이미징 브랜치에 동일한 원리들이 어떻게 적용되는지를 나타낸다. 퓨필 좌표(
)에 따른 어드레스에 좌표(u', v')를 이용해 SLM(24)의 픽셀들을 어드레싱함으로써, 나타낸 방식으로, 변동하는 감쇠 패턴으로 픽셀별로 중간 퓨필 평면의 SLM(24)을 프로그램한다. 원(1300)은 SLM(24)이 위치된 퓨필 평면의 퓨필의 크기를 나타낸다. 우측편의 스케일은 SLM(24)의 개별 픽셀 위치들(1302)에서 설정될 수 있는 상이한 투과 레벨(T)을 나타낸다. 모든 픽셀들이 하나하나 도시되어 있지 않으며, 도면의 빈 영역들은 완전히 불투명한(T=0) 픽셀들을 나타낸다. 따라서, 예시된 상태의 SLM(24)은 3 개의 사분면들이 완전히 불투명하며, 상부 좌측 사분면에 비-바이너리 투과 (감쇠) 패턴을 갖는다.
1차 다크-필드 검출을 위한 진폭 투과의 패턴은 함수 
에 따라 i-번째 PCA 성분에 대하여 프로그램될 수 있으며,
여기서, c i 는 양의 상수여서, 제곱근 내의 인수(argument)도 양이다. 함수 
는 공간 필터 함수로서 유효하고, 각각의 측정 단계(도 12에서 S2, S3)에 대해 하나의 필터 함수가 존재한다. 도 14를 참조하면, 도 13에 예시된 회절 스펙트럼 및 조명 모드에 기초하여, 회절 스펙트럼의 a-1 부분이 위치된 사분면에 대응하는 영역(1306)에 불투명하지 않은 픽셀들(1302, 1304 등)이 모여 있음을 알 수 있을 것이다. 이 특정한 비-바이너리 투과 (감쇠) 패턴은 이미지 센서(23)로 향하는 광학 경로에 공간 필터 함수를 확립한다. +1 및 -1차수에 대한 필터 함수들은 퓨필 평면에서의 점대칭을 통해 관련된다(이전의 예시들에서와 같이, 비-균일한 광학 경로를 보정하기 위해 포함된 어떠한 보정들도 무시한다). 따라서, 영역(1306)은 -1차에 대한 필터 함수를 나타내고, 1306'에 흐리게(in ghost form) 나타낸 정반대 영역(1306')은 회절 스펙트럼의 b+1 부분에 대한 필터 함수를 나타낸다. 이러한 상이한 필터 함수들은 -1 및 +1 회절 차수들을 별도로 측정하기 위하여 단계들(S2 및 S3) 동안 SLM(24) 내에 프로그램될 수 있다.
그 후, 2 개의 상보적 공간 필터 함수들을 이용하여 이미지 센서(23)에 의해 측정된 2 개의 다크-필드 측정들(DF i +1 st 및 DF i -1 st 로 표시됨)을 비교함으로써, PC i DF 로 표시된 다크-필드 모드의 i-번째 PCA 성분이 실험적으로 얻어진다. 수학식 항들에서:
2 개의 물리적인 다크-필드 신호들의 차이를 취함으로써 상수 ci가 떨어져 나감을 유의한다. 그 결과, 프로그램가능한 SLM을 이용함으로써, 마치 퓨필 센서(19)를 이용하고 디지털화된 퓨필 이미지를 처리하는 것처럼, 이미지 센서(23)를 이용하여 PCA 필터링된 신호를 얻을 수 있다. 취득될 필요가 있는 PCA 성분마다, 2 개의 필터 함수들이 SLM에 프로그램되어야 할 필요가 있으며, 2 개의 다크-필드 이미지 측정들이 수행되어야 할 필요가 있다. 훈련 세트의 타겟들에 기초한 PCA에 의해, 이 필터들은 포커스와 같은 관심 파라미터에 가장 민감하고 공정 변동들 및 다른 파라미터들에 비교적 덜 민감한 값을 전달하도록 '조율'될 수 있다. 하나의 파라미터의 더 양호한 척도를 얻기 위해, 및/또는 1 이상의 관심 파라미터를 측정하기 위해, 수개의 성분들이 측정될 수 있다.
정리하면, 생성할 수 있는 어떠한 피처 공간에서도 측정하도록 스캐터로미터 센서를 조율할 수 있다. 예를 들어, 이 새로운 공간에서 관심 타겟 파라미터(오버레이, 포커스, 도즈 등)에 선형으로 반응하도록 피처 공간을 생성할 수 있다. 따라서, 이후 이 관심 파라미터를 추정하기 위해 모델을 인버팅(inverting)하는 것은 간단한 일이며, 측정들의 연산의 부담이 크게 감소된다. 이 개념은 PCA에 의해 구현되는 바와 같이 선형 기저 세트들로 제한되지 않음을 유의한다. 또한, 비-선형 기저 세트를 이용하여 SLM을 프로그램할 수 있어, 원래 신호가 투영되는 상이한 퓨필-고유이미지들을 유도한다. 이 비-선형 기저는 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine) 또는 몇몇 다른 기계-학습 커널 방법(machine-learning kernel method)으로부터 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리소그래피 장치에 의하여 웨이퍼에 생성된 주기적인 구조체로부터 생성된 스캐터로메트리 스펙트럼을 이용하여 리소그래피 장치의 포커스를 결정하는 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에서는, 각각의 별도의 측정 단계들에서 2 개의 상이한 빔 프로파일들을 갖는 빔에 의해 격자가 조명되며, 이는 주기적인 구조체로부터의 0차 회절 차수가 차단되는 다크 필드 측정 기술과 조합하여 +1 및 -1차 회절 패턴이 2 개의 별도의 측정 단계들에서 측정될 수 있게 한다.
제 4 실시예의 수정된 형태들에서는, 상기의 도 8 및 도 10의 실시예들에서와 같은 온-액시스 조명 또는 도 3 내지 도 7의 실시예들에서와 같은 부분-환형 조명을 이용하기 위해 장치가 수정된다. 조금 전에 설명된 공간 필터링 및 PCA의 동일한 원리들이 SLM(24)에서와 같이 SLM(124 또는 224)에서도 적용될 수 있다. 하지만, SLM 픽셀 어레이의 필터 함수의 모양은 스펙트럼의 상이한 형상에 따라 상이할 것이며, 뿐만 아니라 관심 파라미터 및 주성분 또는 다른 분석 방법에 따라 상이할 것이다.
제 5 실시예
도 15는 본 발명의 제 5 실시예를 예시한다. 투과형으로 구성된 SLM(224)이 반사형으로 구성된 SLM(324)으로 대체되었다는 것을 제외하면, 이는 제 3 실시예(도 10)와 동일하다. 즉, 이전의 실시예들에서 SLM(24, 124 및 224)은 직선으로 방사선을 투과시키는 동안 중간 퓨필 평면에 감쇠된 방사선을 갖지만, SLM(324)은 유닛(PU)에 의해 제어가능하여 세기를 변동시키는 반사 픽셀 요소들의 어레이를 포함하며, 이에 의하여 각각의 픽셀이 반사된다. 스캐터로미터의 이미징 브랜치의 렌즈들(20 및 22) 사이의 영역에 있는 빔들은 평행하며, 회절 신호들을 왜곡하거나 혼합하지 않고 빔의 방향을 변화시키기 위해 SLM(324)과 같은 반사 요소가 포함될 수 있다. 도 14의 오른쪽 아래에 예시되어 있는 바와 같이, 보정 값들 및 어퍼처들을 형성하도록 SLM에 적용된 패턴은 빔의 경사 방위(oblique orientation)에 따라 왜곡될(늘려질) 필요가 있을 수 있다.
공간 광 변조기의 구현
다양한 형태의 SLM이 고려될 수 있으며, 투과 및/또는 반사 중 어느 한 형태의 SLM을 사용하는 능력은 앞서 설명된 것들뿐만 아니라 추가 광 경로 레이아웃들 및 조합들을 포함하여, 실제 실시예들에 다양한 선택을 제공한다. 투과형의 SLM은, 예를 들어 US 2006/245092A에 "가변 필터"로서 개시된 타입의 더 새로운 "전자 잉크" 디바이스이거나 잘 알려진 액정 디바이스일 수 있다. 공개된 또 다른 특허 출원 US 2006/109435A는 리소그래피 장치의 패터닝 디바이스와 같은 이러한 셀을 이용하는 것을 제안하고 있다. "전자 잉크" 디바이스들은 유체와 고체의 혼합물 또는 2 개의 비혼합성 유체들의 분포가 전자 신호들에 의해 제어되어 픽셀 어레이의 셀의 광학 성능을 변동시킬 수 있는 타입으로 폭넓게 이해되어야 한다. 각 셀에 존재하는 2 개의 재료들은 그들의 광학 특성에 있어서 유용하게 상이하도록 선택된다. 상기 재료들은, 예를 들어 불투명도 또는 반사도에 있어서 또는 굴절률에 있어서 상이할 수 있다. 다른 특허 출원들에 설명되거나 적용된 기술들이 이용되어, 본 발명의 일 실시예에서 SLM으로서 기능할 수 있다.
액정(LC) 디바이스들이 전자 잉크 디바이스들보다 SLM으로서 사용하기에 더 넓게 적용가능하고 더 오래 확립되어 있지만, LC 디바이스들은 일반적으로 투과된 광의 편광에 영향을 준다. 그러므로, LC 디바이스들이 본 발명의 실시예들에서 SLM(24, 124 또는 224)로서 사용되는 경우, SLM에 의해 도입된 측정 결과들의 왜곡을 회피하기 위하여 편광 작용(polarization behavior)에 유의하여야 할 것이다.
또한, 반사 SLM(324)과 관련하여, 전자 잉크 기술들이 유용할 수 있으며, 또한 매우 보편적이고 쉽게 적용가능한 형태의 반사 SLM은 마이크로-거울 디바이스들의 어레이에 기초한 변형가능한 거울 디바이스(deformable mirror device : DMD)이다. 이러한 디바이스들에서는, 각각의 픽셀 위치에 픽셀 값에 따라 이동될 수 있는 1 이상의 작은 거울들이 제공된다. 각각의 픽셀 거울의 방위에 따라서, SLM(324)의 픽셀 위치에 도달하는 방사선은 나타낸 광선 경로들에 따라 이미지 센서(23)로 반사되거나, 다른 곳으로 지향될 것이며, 효과적으로 차단될 것이다. 도 12에 예시된 바와 같이, SLM(324)은 324N, 324S 등의 어퍼처 패턴을 이용하여 1차 차수들 중 어느 하나를 투과시키도록 구성되는 한편, 광축을 따라 도달하는 0차 회절 신호를 차단시킨다. 또한, 거의 무한한 다양성의 패턴들을 제공하도록 SLM(324)가 제어될 수 있어, 다양한 조명 각도 하에서 다양한 격자 타겟들로부터의 상이한 신호들로부터 자유 1차 차수들을 선택할 수 있다.
DMD와 같은 디바이스에 대하여, 픽셀 값에 따라 이미징 경로를 따르는 방사선을 반사시키거나 반사시키지 않음에 의하여, 각각의 픽셀은 바이너리형 요소로서 기능한다. 중간 퓨필 평면에 걸쳐 필터 함수[
] 및/또는 보정 인자들[f(u, v)]을 적용하기 위해, 이러한 디바이스들은 1 이상의 다중화 모드로 작동될 수 있어, 더 미세하게 변동가능한 감쇠 레벨을 달성한다. 시간 다중화(Time multiplexing)는 이를 수행하기 위해 사용될 수 있는 하나의 방법이다. 즉, 요구되는 보정/필터 인자에 대응하는 듀티 사이클로, 주어진 픽셀이 신속하게 턴온 및 턴오프될 수 있다. 마이크로-거울 어레이의 픽셀 수가 보정/필터링 패턴의 분해능보다 훨씬 더 큰 경우, 시간 변조 대신에, 또는 이에 추가하여, 공간 평균이, 예를 들어 디더링(dithering)에 의해 적용될 수 있다. 예를 들어, 4 개 또는 8 개의 픽셀들의 그룹이 함께 제어될 수 있어, 그들의 조합된 영역에 걸쳐 요구되는 평균 보정 인자/필터 가중을 달성한다.
보정/필터링 및 필드 스톱의 기능들이 둘 다 SLM에 의해 수행되는 경우, 이 기능들은 예를 들어 SLM(224 및 324)로 예시된 바와 같은 단일 SLM에 의해 수행될 수 있거나, 별도의 SLM에 의해 수행될 수 있으며, 그 각각은 특정한 기능들로 전문화된다. 예를 들어, 요구되는 보정/필터 인자에 따라 매우 미세한 감쇠의 제어를 제공하도록 설계된 SLM은 필드 스톱과 같은 바이너리 어퍼처 디바이스로서 기능하기에 적합하지 않은 성능을 가질 수 있다. 그러므로, 그 목적에 맞게 각각 설계되고 이미지 센서(23)로 향하는 광학 경로에 일렬로 배치된 별도의 SLM에 의해 보정/필터링 및 필드 스톱의 기능들이 수행되는 대안적인 실시예들도 가능하다. 이 2 개의 SLM은 둘 다 투과형, 둘 다 반사형이거나, 하나는 반사형 하나는 투과형일 수 있다. 본 발명의 원리들은 이러한 변형들에 영향을 받지 않는다.
결론:
상기 제 1 내지 제 3 실시예들에 설명된 보정들은 측정된 오버레이 값의 정확성을 유지하면서도 다크 필드 오버레이 측정의 향상된 스루풋을 가능하게 한다. 이는 어떠한 기판 회전 없이 반대의 조명 각도 또는 이미징 각도를 이용하면서 툴-유도된 비대칭을 보정함으로써 달성된다. 작은 타겟들의 사용은 조명 스폿 내의 상이한 위치들에서 2 이상의 격자들의 동시적인 판독을 허용한다. 앞서 언급된 동시계류 출원에 개시되어 있는, 측정된 오버레이의 위치-의존성을 감소시키기 위한 다른 기술들과 결합시킴으로써, 이러한 조치들은 크게 증가된 스루풋을 갖는 정확한 오버레이 측정을 허용한다.
제 4 실시예에 설명된 필터 함수들은 관심 파라미터들의 향상된 선택도(selectivity)를 가능하게 하며, 관심 파라미터의 직접적인 측정을 이끌어내기 위해 조율될 수 있다. 이를 생성하기 위해 사용되는 타겟 구조체들 및 패터닝 디바이스들의 적절한 설계로, 포커스 또는 도즈와 같은 파라미터들이 직접 측정가능할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
앞서 설명된 기술들이 수행될 수 있어, 상이한 조명 및/또는 이미징 모드들에서 툴 광학 시스템의 성능에 따라 세기 측정들을 캘리브레이션한 다음 보정할 수 있다. 측정 공정이 방사선의 상이한 파장들 및/또는 편광들을 이용하는 경우, 캘리브레이션은 이들에 대해 별도로 수행될 수 있다. 상이한 관심 파장들에 대한 필터 함수로 공정이 캘리브레이션되는 경우, 유사한 고려사항들이 적용된다.
본 실시예들에 예시된 검사 장치 또는 툴은 병렬 이미지 센서들에 의하여 기판 평면 및 퓨필 평면에 동시적으로 이미징하는 제 1 및 제 2 브랜치들을 갖는 특정 형태의 스캐터로미터를 포함하지만, 대안적인 구성들도 가능하다. 대물 렌즈(16)에 영구적으로 결합된 2 개의 브랜치들에 빔 스플리터(17)를 제공하기보다는, 브랜치들은 거울과 같은 이동가능한 광학 요소에 의하여 선택적으로 결합될 수 있다. 광학 시스템은 단일 이미지 센서를 갖도록 만들어질 수 있으며, 존재하는 센서에 대한 광학 경로는 이동가능한 요소들에 의해 재구성되어, 퓨필 평면 이미지 센서 및 이후 기판 평면 이미지 센서로서 기능할 수 있다.
앞서 설명된 타겟 구조체들은 측정을 위해 특별히 설계되고 형성된 메트롤로지 타겟들이지만, 다른 실시예에서는 기판에 형성된 디바이스들의 기능성 부분들인 타겟들 상에서 여러 특성들이 측정될 수 있다. 다수의 디바이스들은 규칙적인 격자형 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 '타겟 격자' 및 '타겟 구조체'라는 용어는 구조체가 수행되는 측정을 위해 특별히 제공되었음을 요구하지 않는다.
기판들 및 패터닝 디바이스들에서 구현되는 타겟들의 적합한 격자 구조체들 및 이미징 브랜치의 적합한 SLM의 물리적인 존재와 연계하여, 일 실시예는 기판에 타겟들을 생성하는 단계, 기판의 타겟들을 측정하는 단계, 및/또는 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻기 위해 측정들을 분석하는 단계를 구현하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어 도 3의 장치의 제어기(PU) 및/또는 도 2의 제어 유닛(LACU) 내에서 실행될 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들을 위해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 구성할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 충분히 보여줄 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 기술내용 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 기술내용 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.
Claims (23)
- 리소그래피 공정에 의해 기판에 형성된 주기적인 구조체의 비대칭을 측정하는 방법에 있어서,
상기 리소그래피 공정을 이용하여, 상기 기판에 주기적인 구조체를 형성하는 단계;
제 1 방사선 빔으로 상기 주기적인 구조체를 조명하는 동안, 상기 주기적인 구조체의 제 1 이미지를 형성 및 검출하는 단계를 포함하는 제 1 측정 단계 - 상기 제 1 이미지는 회절된 방사선의 선택된 제 1 부분을 이용하여 형성됨 -;
제 2 방사선 빔으로 상기 주기적인 구조체를 조명하는 동안, 상기 주기적인 구조체의 제 2 이미지를 형성 및 검출하는 단계를 포함하는 제 2 측정 단계 - 상기 제 2 이미지는 상기 주기적인 구조체의 회절 스펙트럼에서 상기 선택된 제 1 부분과 대칭적으로 반대인 상기 회절된 방사선의 선택된 제 2 부분을 이용하여 형성됨 -;
검출된 제 1 및 제 2 이미지들로부터 함께 도출된 세기 값들의 차이를 이용하여, 상기 주기적인 구조체의 특성을 결정하는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 이미지를 각각 형성하기 전에 상기 회절된 방사선의 상기 선택된 제 1 및 제 2 부분들에 걸쳐 변동하는 비-바이너리형 광학 감쇠(varying non-binary optical attenuation)를 적용하도록 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 제어하는 단계를 포함하는 비대칭 측정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 측정 단계는 측정 광학 시스템 내의 상이한 광학 경로들을 이용하여 상기 기판을 회전시키기 않고 수행되며, 상기 변동하는 광학 감쇠는 상기 제 1 및 제 2 측정 단계 사이에 광학 경로들의 차이의 결정된 특성에 관한 영향을 감소시키도록 구성되는 비대칭 측정 방법. - 제 2 항에 있어서,
변동하는 감쇠의 복수의 상이한 패턴들이 정의되고, 적용가능한 다른 광학 경로들과 연계되며,
상기 측정 단계들의 각각에 사용되는 광학 경로에 따라 감쇠 패턴을 자동으로 선택하는 단계, 및
상기 공간 광 변조기를 제어하여, 상기 회절된 방사선에 상기 선택된 감쇠 패턴을 적용하는 단계를 포함하는 비대칭 측정 방법. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 측정 단계는 상기 측정 광학 시스템의 제 1 및 제 2 조명 모드를 각각 이용하여 수행되어, 상기 측정 광학 시스템에 대하여 상기 기판을 회전시키지 않고, 상기 측정 광학 시스템의 광축에 대하여 대칭적으로 반대인 각도로부터 상기 주기적인 구조체에 상기 제 1 및 제 2 방사선 빔이 입사하며, 적어도 제 1 및 제 2 감쇠 패턴이 정의되어, 상기 제 1 및 제 2 조명 모드를 정의하는 광학 경로들 사이에 비대칭을 보상하는 비대칭 측정 방법. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 측정 단계는 상기 측정 광학 시스템의 제 1 및 제 2 이미징 모드를 각각 이용하여 수행되어, 상기 측정 광학 시스템에 대하여 상기 기판을 회전시키지 않고, 상기 측정 광학 시스템의 광축에 대하여 정반대 각도로 상기 주기적인 구조체에 의해 회절된 방사선의 부분들을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 이미지가 형성되며, 상기 회절된 방사선의 선택된 부분은 상기 제 1 및 제 2 이미징 모드에서 상기 공간 광 변조기의 상이한 부분들을 통과하는 비대칭 측정 방법. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
캘리브레이션 단계를 더 포함하고,
상기 광학 경로들의 각각을 통해 상이한 회전들에서 측정된 기판에 수행된 복수의 캘리브레이션 측정들의 결과들을 이용하여, 감쇠를 위한 패턴이 적어도 부분적으로 결정되는 비대칭 측정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변동하는 광학 감쇠는 각각의 측정 단계에 대해 제 1 및 제 2 필터 함수들을 구현하고, 상기 필터 함수들은 관심 특성에 대한 계산된 차이의 민감도를 향상시키도록 계산되는 비대칭 측정 방법. - 제 7 항에 있어서,
훈련 세트(training set)의 구조체들의 측정들로부터 상기 필터 함수들을 도출하도록 기계-학습 프로세스(machine-learning process)를 구현하는 단계를 더 포함하는 비대칭 측정 방법. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
복수의 주기적인 구조체들의 제 1 또는 제 2 이미지가 형성될 수 있고 동시에 이미지 검출될 수 있도록, 상기 주기적인 구조체가 상기 측정 광학 시스템의 시야의 영역 절반보다 작게 점유되는 비대칭 측정 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 광학 시스템의 시야 내의 상기 주기적인 구조체의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여, '검출된 제 1 및 제 2 이미지' 및 '측정된 비대칭' 중 적어도 하나에 보정이 적용되는 비대칭 측정 방법. - 기판의 주기적인 구조체의 비대칭을 측정하도록 구성된 검사 장치에 있어서,
측정 단계들에서 사용하기 위한 상기 기판으로 컨디셔닝된 방사선 빔들을 전달하도록 작동가능한 조명 구성부(illumination arrangement);
기판으로부터 회절된 방사선을 이용하여 상기 기판의 제 1 및 제 2 이미지들 각각을 형성 및 검출하도록 이러한 측정 단계들 동안 작동가능한 검출 구성부(detection arrangement) - 상기 조명 구성부 및 검출 구성부는 측정 광학 시스템을 형성함 -; 및
상기 검출 구성부 내에 정지 구성부(stop arrangement)를 포함하고,
상기 조명 구성부 및 정지 구성부는 상기 회절된 방사선의 회절 스펙트럼의 어느 부분이 상기 제 1 및 제 2 이미지들 중 각각의 이미지에 기여하는지를 선택하도록 함께 작동가능하며,
상기 검출 구성부는 상기 제 1 및 제 2 이미지를 각각 형성하기 전에 상기 회절된 방사선의 선택된 부분에 걸쳐 변동하는 광학 감쇠를 적용하도록 작동가능한 공간 광 변조기를 더 포함하는 검사 장치. - 제 11 항에 있어서,
기판에 주기적인 구조체의 제 1 및 제 2 이미지를 만들도록 상기 장치를 제어하는 제어기 - 상기 제 1 이미지는 회절된 방사선의 선택된 제 1 부분을 이용하여 제 1 측정 단계에서 형성되고, 상기 제 2 이미지는 상기 기판을 회전시키기 않고 상기 주기적인 구조체의 회절 스펙트럼에서 상기 1 부분에 대해 대칭적으로 반대인 상기 회절된 방사선의 선택된 제 2 부분을 이용하여 제 2 측정 단계에서 형성됨 -; 및
검출된 제 1 및 제 2 이미지로부터 함께 도출된 세기 값들의 차이를 이용하여 비대칭-관련 파라미터들을 결정하도록 구성된 연산 구성부를 더 포함하는 검사 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 측정 단계들은 상기 측정 광학 시스템 내의 상이한 광학 경로들을 이용하여 상기 기판을 회전시키지 않고 수행되며, 상기 제어기는 상기 공간 광 변조기를 제어하여 상기 제 1 및 제 2 측정 단계 사이에 광학 경로들의 차이의 결정된 비대칭-관련 파라미터에 관한 영향을 감소시키도록 더 구성되는 검사 장치. - 리소그래피 시스템에 있어서,
리소그래피 장치 - 상기 리소그래피 장치는,
패턴을 조명하도록 구성된 조명 광학 시스템; 및
기판 상으로 상기 패턴의 이미지를 투영하도록 배치된 투영 광학 시스템을 포함함 -; 및
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 검사 장치를 포함하고,
상기 리소그래피 장치는 상기 패턴을 다른 기판들에 적용할 때 상기 검사 장치로부터의 측정 결과들을 이용하도록 구성되는 리소그래피 시스템. - 디바이스 제조 방법에 있어서,
디바이스 패턴이 리소그래피 공정을 이용하여 일련의 기판들에 적용되며,
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 비대칭 측정 방법을 이용하여 상기 기판들의 적어도 하나에 상기 디바이스 패턴의 일부 또는 상기 디바이스 패턴 이외의 것으로서 형성된 적어도 하나의 주기적인 구조체를 검사하는 단계, 및 비대칭 측정 방법의 결과에 따라 이후의 기판들에 대하여 상기 리소그래피 공정을 제어하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법. - 삭제
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