KR102178588B1 - 오버레이 및 임계 치수 센서들에서의 퓨필 조명을 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

오버레이 및 임계 치수 센서들에서의 퓨필 조명을 위한 디바이스 및 방법 Download PDF

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에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

조명 공간 프로파일 유연성, 높은 편광 소광비, 및 높은 콘트라스트를 달성할 수 있는 메트롤로지 장치를 위한 조명 시스템이 개시된다. 조명 시스템은 편광 빔 스플리터(PBS), 조명 모드 셀렉터(IMS), 및 반사형 공간 광 변조기(SLM)를 포함한다. PBS는 조명 빔을 서브-빔들로 분할한다. IMS는 적어도 하나의 서브-빔을 투과시키는 복수의 어퍼처들을 갖고, 조명 모드들에 대응하는 다수 조명 위치들에 배치될 수 있다. 반사형 SLM의 픽셀 어레이는 IMS에 의해 투과된 서브-빔의 부분을 다시 IMS 및 PBS로 반사시킨다. PBS, IMS 및 SLM은 집합적으로 투과된 서브-빔의 복소 진폭 또는 세기 공간 프로파일을 생성한다.

Description

오버레이 및 임계 치수 센서들에서의 퓨필 조명을 위한 디바이스 및 방법
본 출원은 2016년 6월 30일에 출원된 미국 가특허 출원 제 62/357,108호의 우선권을 주장하고, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조 시, 반도체 웨이퍼 메트롤로지를 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피 공정[즉, 통상적으로 레지스트의 현상, 에칭 등과 같은 1 이상의 연계된 처리 단계를 포함할 수 있는 리소그래피 노광을 수반하는 디바이스 또는 다른 구조체를 개발하는 공정]에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성된 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경(SEM) 및 오버레이(OV)(즉, 디바이스 내의 두 층들의 정렬 정확성)를 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 최근에는, 리소그래피 분야에서의 사용을 위해 다양한 형태의 스케터로미터(scatterometer)들이 개발되었다. 이 디바이스들은 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 산란된 방사선의 1 이상의 속성 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사 각도 또는 반사 각도들의 범위에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 1 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광(polarization) - 을 측정하여, 타겟의 관심 속성(property of interest)이 결정될 수 있는 "스펙트럼"을 얻는다. 관심 속성의 결정은 다양한 기술들: 예를 들어, 라이브러리 탐색; 주성분 분석; 및/또는 RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법들과 같은 반복 접근법들에 의한 타겟 구조체의 재구성에 의해 수행될 수 있다.
반도체 디바이스들이 훨씬 더 작아지고 더 정교해짐에 따라, 제작 공차들은 계속 엄격해진다. 이에 따라, 계속해서 메트롤로지 측정들을 개선할 필요가 있다. 스케터로미터들의 한가지 예시적인 사용은 반도체 웨이퍼들과 같은 패터닝된 구조체들에서 측정하는 데 특히 유용한 임계 치수(CD) 메트롤로지를 위한 것이다. 광학적 CD 메트롤로지 기술들은 온돔 스케터로메트리(on dome scattermetry), 스펙트럼 반사법, 및 스펙트럼 엘립소메트리(spectral ellipsometry)를 포함한다. 이 기술들은 모두 상이한 입사 방향들에 대해 상이하게 편광된 광의 반사된 세기를 측정하는 것에 기초한다. 이러한 기술들은 높은 소광비(extinction ratio) 또는 편광 순도(purity of polarization)를 필요로 한다. 편광 빔 스플리터(PBS)가 p-편광된 광을 투과시키는 한편 s-편광된 광을 반사시키는 편광 상태에 의해 광을 분할한다. 완벽한 PBS가 p-편광의 100 %를 투과시키고, s-편광을 100 % 반사시키지만, 실제 PBS는 s-편광된 광 및 p-편광된 광의 혼합들을 투과 및 반사시킨다. p-편광된 광 및 s-편광된 광 간의 비는 소광비라 한다. 광학적 CD는 높은 소광비를 필요로 한다.
스케터로미터들의 또 다른 예시적인 사용은 웨이퍼 상의 층들의 스택의 정렬을 측정하는 데 유용한 오버레이(OV) 메트롤로지를 위한 것이다. 패터닝 디바이스 피처들을 기판 상에 정확히 배치하도록 리소그래피 공정을 제어하기 위해, 일반적으로 정렬 마크들 또는 타겟들이 기판 상에 제공되고, 리소그래피 장치는 1 이상의 정렬 시스템을 포함하여 기판 상의 마크들의 위치를 정확히 측정하여야 한다. 한가지 알려진 기술에서, 스케터로미터는 웨이퍼 상의 타겟들로부터 회절된 광을 측정한다. "다크 필드(dark field)" 스케터로메트리를 이용한 회절-기반 오버레이가 (정반사에 대응하는) 0차 회절을 차단하고, 1 이상의 고차 회절만을 처리하여 타겟의 그레이 스케일 이미지를 생성한다. 이 다크 필드 기술을 이용한 회절-기반 오버레이는 더 작은 타겟들에 대한 오버레이 측정들을 가능하게 하며, 마이크로-회절-기반 오버레이(μDBO)로서 알려져 있다. 하지만, μDBO는 매우 높은 콘트라스트 비를 필요로 한다.
각각의 제품 및 공정은 메트롤로지 타겟들의 디자인에서의 주의 및 오버레이 측정들이 수행될 적절한 메트롤로지 '레시피(recipe)'의 선택을 필요로 한다. 알려진 메트롤로지 기술에서, 메트롤로지 타겟의 회절 패턴들 및/또는 다크 필드 이미지들이 포착되는 한편, 타겟은 원하는 조명 조건들 하에서 조명된다. 이 조명 조건들은 메트롤로지 레시피에서, 방사선의 파장, 그 각도 세기 분포(조명 프로파일) 및 그 편광과 같은 다양한 조명 파라미터들에 의해 정의된다. 검사 장치는 1 이상의 방사선 소스를 포함한 조명 시스템 및 원하는 조명 파라미터들을 갖는 조명의 전달을 위해 조명 시스템을 포함한다. 실제로, 조명 시스템은 측정들 사이에 이 파라미터들을 변화시킴으로써 상이한 조명 모드들 사이에서 스위칭될 수 있는 것이 바람직할 것이다.
조명 프로파일들이 크게 변동될 수 있고, 맞춤 조명의 사용은 광학 메트롤로지에서 점점 더 중요해지고 있다. 조명의 맞춤화(customization)는 측정 품질의 개선을 가능하게 한다. 퓨필 평면에 걸친 세기를 맞춤화하기 위해, 어퍼처 플레이트(aperture plate)들이 메트롤로지 기술들에 조명 모드를 매칭함에 있어서 소정 제어 수단을 제공한다. 특정 조명 모드를 선택하기 위해, 복수의 상이한 어퍼처들을 포함한 필터 휠(filter wheel)이 사용될 수 있다. 하지만, 필터 휠은 크기가 유한하고, 이에 따라 제한된 수의 상이한 어퍼처들만을 수용할 수 있다. 또한, 필터 휠 상의 어퍼처들은 정적이고, 이에 따라 개별적인 어퍼처들의 조정을 허용하지 않는다. 공간 광 변조기(spatial light modulator: SLM)들을 이용하는 것과 같은 대안적인 접근예들이 유연성을 증가시킬 수 있지만, 그 자체의 한계들을 가질 수 있다. 예를 들어, 투과형 액정(LC) SLM들 또는 마이크로 거울 어레이들은 μDBO에 필요한 극단적 콘트라스트를 달성할 수 없다. 또한, 알려진 LC SLM 구성들은 CD 메트롤로지에 필요한 높은 소광비를 제공하지 않을 수 있다. 또한, 다수 LC SLM들의 사용은 비용 및 복잡성을 증가시키고, 추가적인 동기화 및 캘리브레이션 문제들을 생성한다.
조명 공간 프로파일 유연성, 높은 편광 소광비, 및 높은 콘트라스트를 달성할 수 있는 메트롤로지 장치를 위한 단일의 유연한 조명 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 메트롤로지 시스템이 조명 빔을 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔으로 분할하도록 구성되는 편광 빔 스플리터(PBS); 복수의 어퍼처들을 갖는 조명 모드 셀렉터(IMS) -각각의 어퍼처는 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔을 투과시키도록 구성되고, IMS는 복수의 조명 위치들에 배치되도록 구성되며, 복수의 조명 위치들 각각은 조명 모드에 대응함- ; 및 픽셀 어레이를 갖는 반사형 공간 광 변조기(SLM) -픽셀 어레이는 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔의 공간-분해 빔(spatially-resolved beam) 특성을 수정하고 복귀 경로를 따라 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔 중 어느 하나 또는 둘 모두를 다시 IMS 및 PBS로 반사시키도록 구성되며, 복귀 경로를 따라 PBS, IMS 및 SLM은 적어도 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔의 복소 진폭 또는 세기 공간 프로파일을 제어하도록 상호작동함- ; IMS 및 PBS로부터 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔을 수용하고 타겟 구조체를 갖는 기판을 향해 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔을 지향하도록 구성되는 대물렌즈 투영 시스템; 및 타겟 구조체의 이미지 또는 회절된 이미지를 수신하도록 구성되는 검출기를 포함한다.
검사를 위한 방법은 편광 빔 스플리터(PBS)를 통해 조명 빔을 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔으로 분할하는 단계; 조명 모드 셀렉터(IMS)의 어퍼처를 통해 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔을 투과시키는 단계 -IMS는 조명 모드에 대응하는 조명 위치에 배치됨- ; 및 IMS 및 PBS에 투과된 제 1 또는 제 2 서브-빔의 부분을 반사시킴으로써 픽셀 어레이를 갖는 반사형 공간 광 변조기(SLM)를 통해 투과된 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔의 원하는 복소 진폭 또는 세기 공간 프로파일을 생성하는 단계; 대물렌즈 투영 시스템을 통해, IMS 및 PBS로부터 타겟을 갖는 기판을 향해 적어도 투과된 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔의 부분을 지향하는 단계; 및 타겟 구조체의 이미지 또는 회절된 이미지를 검출하는 단계를 포함한다.
첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 본 명세서에서, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 교시에 기초하여 추가적인 실시예들을 명백히 알 것이다.
본 명세서에 통합되며 명세서의 일부분을 형성하는 첨부된 도면들은 본 발명을 예시하며, 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하고 당업자가 본 발명을 수행하고 사용할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 반사형 리소그래피 장치의 개략적인 도면이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 투과형 리소그래피 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반사형 리소그래피 장치의 더 상세한 개략적인 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 리소그래피 셀(lithographic cell)의 개략적인 도면이다.
도 4는 소정 조명 모드들을 제공하는 제 1 쌍의 조명 어퍼처들을 이용하여 일 실시예에 따른, 타겟들을 측정하는 데 사용되는 다크 필드 측정 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 주어진 방향의 조명에 대한 타겟의 회절 스펙트럼의 개략적인 상세도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 조명 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6a는 도 6에 나타낸 조명 시스템의 일부분을 개략적으로 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 조명 모드 셀렉터를 개략적으로 도시한다.
도 8a는 일 실시예에 따른 공간 광 변조기 및 조명 모드 셀렉터의 조합을 개략적으로 도시한다.
도 8b는 도 8a에 따른 공간 광 변조기 및 조명 모드 셀렉터의 조합의 대안적인 구성을 개략적으로 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 모놀리식(monolithic) 편광 빔 스플리터를 개략적으로 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 검사의 방법을 예시한다.
동일한 참조 기호들이 대응하는 요소들을 전부 식별하는 도면들에 관련하여 아래에서 설명되는 상세한 설명으로부터 본 발명의 특징들 및 장점들이 더 명백해질 것이다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 일반적으로 동일하고, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 요소들을 나타낸다. 요소가 처음 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호의 맨 앞자리 수(들)에 의해 나타내어진다. 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 걸쳐 제공된 도면들은 일정한 비율의 도면들인 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서는 본 발명의 특징들을 구체화하는 1 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시한다. 개시된 실시예(들)에 본 발명의 범위가 제한되지는 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
본 명세서에서, "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적인 실시예" 등으로 설명된 실시예(들) 및 이러한 언급들은, 설명된 실시예(들)가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함하는 것은 아닐 수 있음을 나타낸다. 또한, 이러한 어구들이 반드시 동일한 실시예를 칭하고 있는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 일 실시예와 관련하여 설명되는 경우, 다른 실시예들과 관련하여 이러한 특징, 구조 또는 특성을 초래하는 것은 명확하게 설명되든지 그렇지 않든지 당업자의 지식 내에 있음을 이해한다.
하지만, 이러한 실시예들을 더 상세히 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
예시적인 반사형 및 투과형 리소그래피 시스템들
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 리소그래피 장치(100) 및 리소그래피 장치(100')를 각각 개략적으로 도시한다. 리소그래피 장치(100) 및 리소그래피 장치(100')는 각각: 방사선 빔(B)(예를 들어, 심자외 또는 극자외 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크, 레티클, 또는 동적 패터닝 디바이스)(MA)를 지지하도록 구성되고, 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 및 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 기판(W)을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)을 포함한다. 또한, 리소그래피 장치(100 및 100')는 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(PS)을 갖는다. 리소그래피 장치(100)에서, 패터닝 디바이스(MA) 및 투영 시스템(PS)은 반사형이다. 리소그래피 장치(100')에서, 패터닝 디바이스(MA) 및 투영 시스템(PS)은 투과형이다.
조명 시스템(IL)은 방사선 빔(B)을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(MT)는 기준 프레임에 대한 패터닝 디바이스(MA)의 방위, 리소그래피 장치(100 및 100') 중 적어도 하나의 디자인, 및 패터닝 디바이스(MA)가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스(MA)를 유지한다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 센서들을 이용함으로써, 지지 구조체(MT)는, 패터닝 디바이스(MA)가 예를 들어 투영 시스템(PS)에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다.
"패터닝 디바이스"(MA)라는 용어는, 기판(W)의 타겟부(C)에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔(B)의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔(B)에 부여된 패턴은 집적 회로를 형성하기 위해 타겟부(C)에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스(MA)는 [도 1b의 리소그래피 장치(100')와 같은] 투과형 또는 [도 1a의 리소그래피 장치(100)와 같은] 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스(MA)의 예로는 레티클, 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 작은 거울들의 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔(B)에 패턴을 부여한다.
"투영 시스템"(PS)이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 기판(W) 상의 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 포괄할 수 있다. 다른 가스들이 너무 많은 방사선 또는 전자들을 흡수할 수 있기 때문에, EUV 또는 전자 빔 방사선에 대해 진공 환경이 사용될 수 있다. 그러므로, 진공 벽 및 진공 펌프들의 도움으로 전체 빔 경로에 진공 환경이 제공될 수 있다.
리소그래피 장치(100) 및/또는 리소그래피 장치(100')는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(WT)(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 기판 테이블(WT)이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 기판 테이블(WT)이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 몇몇 상황들에서, 추가적인 테이블은 기판 테이블(WT)이 아닐 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스(SO)가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 소스(SO) 및 리소그래피 장치(100, 100')는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스(SO)는 리소그래피 장치(100 또는 100')의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔(B)은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)(도 1b 참조)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스(SO)가 수은 램프인 경우, 소스(SO)는 리소그래피 장치(100, 100')의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)(도 1b 참조)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들(도 1b 참조)을 포함할 수도 있다. 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA)에 의해 패터닝된다. 리소그래피 장치(100)에서, 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된 후, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 방사선 빔(B)을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 [예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록] 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(IF1)는 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 투영 시스템은 조명 시스템 퓨필(IPU)과 켤레인 퓨필(PPU)을 갖는다. 방사선의 부분들이 조명 시스템 퓨필(IPU)에서의 세기 분포로부터 나오고, 마스크 패턴에서 회절의 영향을 받지 않고 마스크 패턴을 가로지르며, 조명 시스템 퓨필(IPU)에서의 세기 분포의 이미지를 생성한다.
제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 [예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록] 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1b에 도시되지 않음)는 [예를 들어, 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔 중에] 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다.
일반적으로, 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 것이며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부를 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있고, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부를 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결될 수 있거나, 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, (예시된 바와 같은) 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 [스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려진] 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
마스크 테이블(MT) 및 패터닝 디바이스(MA)는 진공 챔버 내에 있을 수 있고, 진공 챔버 안과 밖으로 마스크와 같은 패터닝 디바이스들을 이동시키기 위해 진공-내 로봇(in-vacuum robot: IVR)이 사용될 수 있다. 대안적으로, 마스크 테이블(WT) 및 패터닝 디바이스(MA)가 진공 챔버 외부에 있는 경우, 진공-내 로봇(IVR)과 유사한 진공-외 로봇(out-of-vacuum robot)이 다양한 수송 작업들을 위해 사용될 수 있다. 진공-내 및 진공-외 로봇들은 둘 다 이송 스테이션의 고정된 운동학적 마운트(fixed kinematic mount)에 대한 여하한의 탑재물(payload)(예를 들어, 마스크)의 매끄러운 이송을 위해 캘리브레이션될 필요가 있다.
리소그래피 장치(100 및 100')는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔(B)에 부여된 전체 패턴은 한 번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(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.
3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source: SO)가 채택될 수 있으며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 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.
또 다른 실시예에서, 리소그래피 장치(100)는 EUV 리소그래피를 위한 EUV 방사선 빔을 생성하도록 구성되는 극자외(EUV) 소스를 포함한다. 일반적으로, EUV 소스는 방사선 빔에서 구성되고, 대응하는 조명 시스템이 EUV 소스의 EUV 방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된다.
도 2는 소스 컬렉터 장치(SO), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)을 포함하여 리소그래피 장치(100)를 더 상세히 나타낸다. 소스 컬렉터 장치(SO)는 소스 컬렉터 장치(SO)의 포위 구조체(enclosing structure: 220) 내에 진공 환경이 유지될 수 있도록 구성되고 배치된다. EUV 방사선 방출 플라즈마(210)가 방전 생성 플라즈마 소스에 의해 형성될 수 있다. EUV 방사선은 전자기 스펙트럼의 EUV 범위 내의 방사선을 방출하도록 초고온 플라즈마(very hot plasma: 210)가 생성되는 가스 또는 증기, 예를 들어 Xe 가스, Li 증기 또는 Sn 증기에 의해 생성될 수 있다. 초고온 플라즈마(210)는, 예를 들어 적어도 부분적으로 이온화된 플라즈마를 야기하는 전기적 방전에 의해 생성된다. 방사선의 효율적인 발생을 위해, Xe, Li, Sn 증기 또는 여하한의 다른 적절한 가스 또는 증기의, 예를 들어 10 Pa의 분압(partial pressure)이 필요할 수 있다. 일 실시예에서, EUV 방사선을 생성하기 위해 여기된 주석(Sn)의 플라즈마가 제공된다.
초고온 플라즈마(210)에 의해 방출된 방사선은, 소스 챔버(source chamber: 211)의 개구부(opening) 내에 또는 그 뒤에 위치되는 선택적인 가스 방벽 또는 오염물 트랩(contaminant trap: 230)(몇몇 경우에는, 오염물 방벽 또는 포일 트랩이라고도 함)을 통해, 소스 챔버(211)로부터 컬렉터 챔버(collector chamber: 212) 내로 통과된다. 오염물 트랩(230)은 채널 구조체를 포함할 수 있다. 또한, 오염물 트랩(230)은 가스 방벽, 또는 가스 방벽과 채널 구조체의 조합을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 나타내는 오염물 트랩 또는 오염물 방벽(230)은 적어도 당업계에 알려진 바와 같은 채널 구조체를 포함한다.
컬렉터 챔버(212)는 소위 스침 입사 컬렉터(grazing incidence collector)일 수 있는 방사선 컬렉터(CO)를 포함할 수 있다. 방사선 컬렉터(CO)는 방사선 컬렉터 상류측(upstream radiation collector side: 251) 및 방사선 컬렉터 하류측(downstream radiation collector side: 252)을 갖는다. 컬렉터(CO)를 가로지르는 방사선은 격자 스펙트럼 필터(grating spectral filter: 240)로부터 반사되어, 가상 소스점(virtual source point: IF)에 포커스될 수 있다. 가상 소스점(IF)은 통상적으로 중간 포커스라고 칭해지며, 소스 컬렉터 장치는 중간 포커스(IF)가 포위 구조체(220)에서의 개구부(219)에, 또는 그 부근에 위치되도록 배치된다. 가상 소스점(IF)은 방사선 방출 플라즈마(210)의 이미지이다. 격자 스펙트럼 필터(240)는 특히 적외(IR) 방사선을 억제하는 데 사용된다.
후속하여, 방사선은 조명 시스템(IL)을 가로지르며, 이는 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 세기의 원하는 균일성뿐 아니라, 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 빔(221)의 원하는 각도 분포를 제공하도록 배치된 패싯 필드(facetted field) 거울 디바이스(222) 및 패싯 퓨필(facetted pupil) 거울 디바이스(224)를 포함할 수 있다. 지지 구조체(MT)에 의해 유지되어 있는 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 빔(221)의 반사 시, 패터닝된 빔(226)이 형성되고, 패터닝된 빔(226)은 투영 시스템(PS)에 의하여 반사 요소들(228, 230)을 통해 웨이퍼 스테이지 또는 기판 테이블(WT)에 의해 유지되어 있는 기판(W) 상으로 이미징된다.
일반적으로, 나타낸 것보다 더 많은 요소가 조명 광학기 유닛(IL) 및 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수 있다. 격자 스펙트럼 필터(240)는 리소그래피 장치의 타입에 따라 선택적으로 존재할 수 있다. 또한, 도면들에 나타낸 것보다 더 많은 거울이 존재할 수 있으며, 예를 들어 도 2에 나타낸 것보다 1 내지 6 개의 추가 반사 요소들이 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같은 컬렉터 광학기(CO)가 단지 컬렉터(또는 컬렉터 거울)의 일 예시로서, 스침 입사 반사기들(253, 254 및 255)을 갖는 네스티드 컬렉터(nested collector)로서 도시된다. 스침 입사 반사기들(253, 254 및 255)은 광학 축선(O) 주위에 축대칭으로 배치되고, 이 타입의 컬렉터 광학기(CO)는 바람직하게는 흔히 DPP 소스라고 하는 방전 생성 플라즈마 소스와 조합하여 사용된다.
예시적인 리소그래피 셀
도 3은 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(300)을 나타낸다. 리소그래피 장치(100 또는 100')는 리소그래피 셀(300)의 일부분을 형성할 수 있다. 또한, 리소그래피 셀(300)은 기판 상에 전-노광(pre-exposure) 및 후-노광(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이러한 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
예시적인 메트롤로지 장치
실시예들에서 사용하기에 적절한 메트롤로지 장치가 도 4에 도시된다. 도 5에는 (격자와 같은 주기적 구조체를 포함한) 타겟(T) 및 회절된 광선들이 더 상세히 예시된다. 메트롤로지 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서의 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광학 축선이 점선(O)으로 나타내어진다. 이 장치에서, 광 소스(11)(예를 들어, 레이저 또는 제논 램프와 같은 소스 또는 소스에 연결된 개구부)에 의해 방출된 방사선이 렌즈들(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 프리즘(15)을 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 이중 시퀀스(double sequence)로 배치된다. 상이한 렌즈 구성이 여전히 검출기 상에 기판 이미지를 제공하는 것을 전제로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈 구성은 공간-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다. 그러므로, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (켤레) 퓨필 평면이라고 칭하는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면 내의 공간 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 예를 들어 대물 렌즈 퓨필 평면의 배면-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지며, 상이한 조명 모드들이 선택되게 한다. 본 예시들에서의 조명 시스템은 오프-액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13N이 단지 설명을 위해 '북'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 플레이트 13S가 유사하지만 '남'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어두운데(dark), 이는 바람직한 조명 모드 외의 여하한의 불필요한 방사선이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 수 있기 때문이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 타겟(T)이 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 실질적으로 수직인 기판(W)과 배치될 수 있다. 일 예시에서, 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 조명 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는(overfilled) 작은 타겟(T)을 이용하면, 이 광선들은 메트롤로지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다. 이 예시에서는 플레이트(13) 내의 어퍼처가 (유용한 양의 방사선을 수용하는 데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선들(I)은 사실상 다양한 각도들을 차지할 것이고, 회절된 광선들(0 및 +1/-1)은 어느 정도 확산(spread out)될 것이다. 작은 타겟의 점확산 함수(point spread function)에 따르면, 각각의 차수 +1 및 -1은 나타낸 바와 같은 단일의 이상적인 광선이 아니라, 다양한 각도들에 걸쳐 더 확산될 것이다. 주기적 구조체 피치 및 조명 각도는, 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광학 축선과 밀접하게 정렬되도록 디자인되거나 조정될 수 있다는 것을 유의한다. 도 4 및 도 5의 예시에서 나타낸 광선들은 순전히 다이어그램에서 이들이 더 쉽게 구별될 수 있도록 어느 정도 축선을 벗어나 도시된다.
이 예시에서, 적어도 기판(W) 상의 타겟에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 프리즘(15)을 통해 다시 지향된다. 도 4로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 입사 광선(I)이 광학 축선의 북쪽으로부터인 경우, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13N을 이용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선들이 대물 렌즈(16)에 들어간다. 대조적으로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 플레이트 13S를 이용하여 적용되는 경우, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어가는 광선들이다. 따라서, 일 실시예에서는, -1차 및 +1차 회절 세기들을 따로따로 얻기 위해 소정 조건들 하에, 예를 들어 타겟을 회전시키거나 조명 모드를 변화시키거나 이미징 모드를 변화시킨 후 타겟을 두 번 측정함으로써 측정 결과들이 얻어진다. 주어진 타겟에 대해 이 세기들을 비교하는 것이 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공하고, 타겟에서의 비대칭이 리소그래피 공정의 파라미터, 예를 들어 오버레이 오차의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다. 앞서 설명된 상황에서는, 조명 모드가 변화된다.
빔 스플리터(17)가 회절된 빔들을 2 개의 측정 브랜치들로 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(18)이 0차 및 1차 회절 빔들을 이용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수가 센서 상의 상이한 지점을 타격하여, 이미지 처리가 차수들을 비교하고 대조하도록 할 수 있다. 센서(19)에 의해 포착된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고, 및/또는 1차 빔의 세기 측정들을 정규화하는 데 사용되거나, 또는 (예를 들어, DBO 메트롤로지와 같이) 다양한 회절 차수들의 세기를 측정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정을 위해 사용될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 상세히 설명되지 않는다.
이 예시에서, 제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 퓨필-평면에 대해 켤레인 평면에 어퍼처 스톱(aperture stop: 21)이 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지(DF)가 -1차 또는 +1차 빔으로부터 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되며, 이들의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 주기적 구조체 피처들(예를 들어, 격자 라인들)의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.
도 4에 나타낸 어퍼처 플레이트(13) 및 스톱(21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 또 다른 실시예에서, 타겟들의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 방사선의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서, 1차 빔들 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 4에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
조명을 이 상이한 타입들의 측정에 적응가능하게 만들기 위해, 어퍼처 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 회전되어 제 자리에 원하는 패턴을 야기한다. 어퍼처 플레이트 13N 또는 13S는 한 방향으로(셋업에 의존하여 X 또는 Y) 방위지정되는 타겟의 주기적 구조체를 측정하기 위해 사용될 수 있다는 것을 유의한다. 직교 주기적 구조체의 측정을 위해서는, 90°및 270°에 걸친 타겟의 회전이 시행될 수 있다.
다크 필드 메트롤로지의 예시들은 WIPO 특허 출원 공개공보 2009/078708호 및 2009/106279호에서 찾아볼 수 있다. 또한, 다크 필드 이미징에 의한 회절-기반 오버레이 측정이 US 특허 출원 공개공보 2010/0328655호에서 설명된다. 기술의 추가 개발들이 US 특허 출원 공개공보 2011/0027704호, 2011/0043791호, 2012/0044470호, 2012/0123581호, 2013/0258310호, 및 2013/0271740호에서 설명되었다. 이 모든 출원들의 내용들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체(product structure)들에 의해 둘러싸일 수 있다. 따라서, '복합(composite)' 타겟들(예를 들어, 상이한 오버레이 편향들의 복수의 개별적인 격자 부분들을 포함하는 타겟들)이 하나의 이미지에서 완전히 측정될 수 있다. 그러므로, 격자 에지들이 또한 타겟의 그레이 스케일 이미지들에서 보인다. 격자 에지들은 흔히 평균 격자 세기로부터 벗어난 세기 레벨들을 나타낸다(본 명세서에서, '에지 효과'라고 함). μDBO는 매우 높은 콘트라스트 비를 필요로 한다. 그 이유는, 도 4의 어퍼처 플레이트(13N 또는 13S)의 다크 영역에서의 작은 신호도 어퍼처(21)를 통과할 수 있고, 특히 회절 차수의 세기가 반사된 0차보다 훨씬 더 작은 경우에 검출기(23)에 넘칠 수 있기 때문이다. 낮은 세기 회절 차수들을 갖는 타겟들에 대해 조명 퓨필에서 1:100,000보다 큰 콘트라스트 비가 바람직한 것으로 밝혀졌다.
예시적인 조명 시스템
메트롤로지 시스템에서 사용하기에 적절한 예시적인 조명 시스템(600)이 도 6에 도시된다. 조명 시스템(600)은 제 1 조명 컨디셔닝 시스템(602), 제 2 조명 컨디셔닝 시스템(604), 및 제 3 조명 컨디셔닝 시스템(606)을 포함한다. 제 1 조명 컨디셔닝 시스템(602)은 광 소스(예를 들어, 광대역 레이저 또는 제논 램프와 같은 광대역 소스, 또는 광대역 소스에 연결된 개구부)에 의해 방출되는 방사선을 제공한다. 일 실시예에서, 제 1 조명 컨디셔닝 시스템(602)은 1 이상의 파장 또는 파장들의 대역을 선택하고, 더 넓은 연속 스펙트럼 범위로부터 원하는 협대역 파장으로 광대역 방사선을 튜닝할 수 있다. 다른 실시예들에서, 협대역 방사선을 발생시키는 1 이상의 소스가 사용되어, 제 1 조명 컨디셔닝 시스템의 필요성을 완화한다.
앞선 실시예는 추가적인 유연성을 제공하기 위해 1보다 많은 광 소스를 포괄하는 것으로 쉽게 확장될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 초연속광 레이저(super-continuum laser) 대신에 다수의 단색 광 소스들이 사용될 수 있다.
이 예시에서, 제 1 조명 컨디셔닝 시스템(602)으로부터의 방사선은 섬유(fiber: 629)를 통해 제 2 조명 컨디셔닝 시스템(604)으로 지향된다. 제 2 조명 컨디셔닝 시스템(604)은 스폿 크기 셀렉터(spot size selector: 631) 및 집광 렌즈(612)를 포함한다. 방사선의 스폿 크기를 결정하기 위해, 어퍼처 플레이트가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 메트롤로지 디바이스의 조명 구성은 퀼러(Kohler) 조명이고, 어퍼처 플레이트에서의 배면-투영된 퓨필 평면 내의 소스 크기 및 각도 분포가 각각 미국 특허 출원 공개공보 2011/0069292호 -이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조됨- 에서 설명된 바와 같이 기판 상의 스폿 크기 및 조명의 각도 분포를 결정하도록 한다. 본 발명의 일 실시예를 이용하면, 작은 측정 스폿이 제공되어 정확한 측정들을 위해, 예를 들어 스크라이브 라인에서 비교적 큰 타겟들을 언더필링(underfill)할 수 있는 한편, 잘-정의된 조명 각도를 갖는 더 큰 스폿이 비교적 작은 타겟들, 예를 들어 다이-내 마커들의 측정들을 위해 제공될 수 있다.
이 예시에서, 집광 렌즈 시스템(612)은 제 3 조명 컨디셔닝 시스템(606)으로 방사선 빔(634)을 제공한다. 제 3 조명 컨디셔닝 시스템(606)은 편광 빔 분할 시스템(635), 조명 모드 셀렉터(IMS: 613), 및 공간 광 변조기(SLM: 647)를 포함할 수 있다. 편광 빔 분할 시스템(635)은 입사 방사선(634)을 적어도 2 개의 서브-빔들로 분할한다. 예를 들어, 편광 빔 스플리터(PBS: 637)가 s-편광 방사선을 반사시켜 제 1 서브-빔(639)을 형성하고, p-편광 방사선을 투과시켜 제 2 서브-빔(640)을 형성한다. 도 6에 나타낸 실시예에서, 편광 빔 분할 시스템(635)은 PBS(637)가 사이에 있는, 예를 들어 용융 실리카의 2 개의 육면체 광학 슬래브(hexahedron optical slab)들로 구성된다. 편광 빔 분할 시스템(635)은 빔들/서브-빔이 광학 슬래브에 수직으로 광학 슬래브에 들어오고 이를 나가도록 배치될 수 있다. 하지만, 빔 분할 큐브와 같은 대안적인 빔 분할 시스템 구성들이 사용될 수 있다.
이 예시에서, 제 1 및 제 2 서브-빔들(639, 640)은 복수의 폴드 거울들(641)에 의해 IMS(613) 및 SLM(647)로 반사된다. 서브-빔들(639, 640)은 IMS(613) 내의 1 이상의 어퍼처를 통과할 수 있고, 이는 제 1 및 제 2 서브-빔들(639, 640)의 공간 프로파일을 "클린업(clean up)"한다. 선택되는 모드에 의존하여, 제 1 서브-빔(639) 또는 제 2 서브-빔(640)이 IMS(613)에 의해 차단될 수 있다. 다른 모드들은 두 서브-빔들(639, 640)로 하여금 통과되게 할 수 있다. 일 실시예에서, IMS(613)는 사전설정된 어퍼처 외부에서 서브-빔 광을 흡수하도록 광-흡수성 코팅을 포함한다. SLM(647)은 [IMS(613)에 의해 어느 서브-빔들이 투과되는지에 의존하여] 제 1 및 제 2 서브-빔들(639, 640) 중 어느 하나 또는 둘 모두의 부분을 반사하는 유사-형상의 사전설정된 공간 패턴 또는 "어퍼처"를 가질 수 있다. 이는 도 8a 및 도 8b를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다. SLM(647)은 공간-분해 방식으로 각각의 빔의 편광 상태, 위상, 및/또는 세기를 변경한다. 일 실시예에서, SLM(647)은 반사형 액정 어레이, 예컨대 LCOS(liquid crystal on silicon) 어레이일 수 있다. 반사형 액정 어레이의 픽셀들은 반사 상태["온(on)" 상태] 및 비-반사 상태["오프(off)" 상태]로 배치될 수 있고, 이는 빔 프로파일을 정의한다. 상기 어레이는 "온" 및 "오프" 픽셀들의 패턴을 형성하도록 전자적으로 제어될 수 있다. 일 실시예에서, "온" 픽셀들은 IMS(613)의 어퍼처 부분에 대응할 수 있는 한편, "오프" 픽셀들은 "온" 픽셀들을 둘러싼다. 이 방식에서, SLM(647)은 조명의 공간 프로파일을 제어하기 위해 다이어프램 기능(diaphragm function)을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, "온" 픽셀들은 IMS(613)의 어퍼처 부분과 동일한 일반적인 형상을 감소된 크기로 가질 수 있다.
이 예시에서, SLM(647)으로부터의 반사 후, 제 1 및 제 2 서브-빔들(639, 640)의 반사된 부분들은 다시 IMS(613) 및 폴드 거울들(641)을 통과할 수 있다. 차례로, 폴드 거울들(641)은 다시 PBS(637)을 통해 각각의 서브-빔을 지향할 수 있다. SLM(647)이 각각의 서브-빔의 편광을 회전시킨 경우, PBS(637)는 서브-빔(639)의 부분을 투과시키고 서브-빔(640)의 부분을 반사시킨다. 결과로서, PBS, IMS 및 SLM은 적어도 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔의 복소 진폭 또는 세기 공간 프로파일을 제어하도록 상호작동한다. 그 후, 서브-빔들(639, 640)의 적절한 부분들은 폴드 거울(649)에 의해 렌즈 릴레이 시스템(lens relay system: 614)으로 반사된다. 그 후, 서브-빔들(639, 640)은 앞서 설명된 바와 같은 메트롤로지 시스템으로 출력된다.
일 실시예에서, 복굴절 보상을 위해 PBS(637)와 SLM(647) 사이에 1/4 파장판과 같은 복굴절 위상판(birefringent phase plate: 651)이 배치될 수 있다. 복굴절 위상판(651)은 광학 경로에서 0이 아닌(non-zero) 복굴절을 보상함으로써 "온" 및 "오프" 픽셀들의 콘트라스트를 향상시키도록 편광 상태를 약간 수정하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 1 이상의 폴드 거울(641)은 거울을 기울이도록 작동되고, 서브-빔 셔터로서 기능하여 서브-빔이 조명 시스템의 광학 경로로부터 빔 덤프로 지향되도록 할 수 있다.
도 6에 나타낸 실시예에서, IMS(613)는 회전가능한 어퍼처 휠이다. 어퍼처 휠은 어퍼처 휠의 상이한 섹터들에 배치된 복수의 어퍼처들을 포함한다. 각각의 섹터는 상이한 조명 모드에 대응한다. 따라서, 상이한 조명 모드들이 어퍼처 휠을 회전시킴으로써 선택될 수 있다. 각각의 조명 모드는 어퍼처 휠의 상이한 위치에 대응한다. IMS(613)의 예시적인 구현이 도 7에 도시되고, 본 명세서에서 설명된다. IMS(613)는 모터(645)에 의해 전력이 공급되는 중심의 회전가능한 샤프트(643) 또는 액슬에 장착되어, 상이한 위치들 및 이에 따른 상이한 조명 모드들로 IMS(613)를 회전시킨다. 또한, 전동 선형 슬라이더(motor-driven linear slider)와 같은 대안적인 기계적 실시예들이 선택될 수도 있다.
원하는 조명 모드를 선택하도록 구성되는 조명 제어 시스템(648)이 모터(645)에 통신적으로(communicatively) 커플링된다. 또한, 조명 제어 시스템(648)은 SLM(647)에 통신적으로 커플링된다. 조명 제어 시스템(648)은 IMS(613) 및 SLM(647)의 구성이 선택된 조명 모드 및 서로를 보완하도록 프로그램가능한 제어를 제공한다. 본 명세서에 설명된 실시예는 각각의 서브-빔에 대한 어퍼처를 제공하지만, 당업자라면 모든 조명 모드가 두 서브-빔들의 사용을 요구하지는 않음을 이해할 것이다. 마찬가지로, 도 6을 참조하여 2 개의 서브-빔들이 설명되지만, 당업자라면 2보다 많은 서브-빔들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 6에 나타낸 실시예에서, IMS(613) 및 SLM(647)은 조명 퓨필 평면 또는 그 부근에 위치되어, IMS(613) 및 SLM(647)이 근접하여 "스태킹"되도록 한다. 조명 퓨필의 위치는 집광 렌즈 시스템(612)에 의해 결정된다. 또한, 당업자라면 이해하는 바와 같이, 집광 렌즈 시스템(612)의 초점 길이는 IMS(613) 및 SLM(647)이 조명 퓨필 평면에 얼마나 가까워야 하는지를 결정한다. 대안적인 실시예에서, IMS(613)는 SLM(647)과 분리되어 위치되지만, SLM(647)의 표면과 실질적으로 광학적 켤레인 위치에 놓일 수 있다. 예를 들어, IMS(613)는 PBS(637) 및/또는 1 이상의 렌즈 시스템에 의해 SLM(647)으로부터 분리될 수 있다.
IMS(613) 및 SLM(647)의 물리적 또는 광학적 스태킹은 고-콘트라스트, 프로그램가능한 조명 퓨필을 생성한다. IMS(613)는 그 자체로 고-콘트라스트 어퍼처를 제공할 수 있지만, 그 강성(rigid nature)이 조정가능성을 제한하고 정밀 위치설정을 요구한다. SLM(647)은 그 자체로 프로그램가능한 조명 퓨필을 제공할 수 있지만, 상당히 더 낮은 콘트라스트를 갖는다. IMS(613) 및 SLM(647)의 조합이 함께 제어되어 각각의 서브-빔 공간 프로파일, 즉 어퍼처의 에지들을 정의할 수 있는 한편, IMS(613)이 어퍼처의 "클리닝(cleaning)"을 제공한다. 이는 도 8a 및 도 8b를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다. 이 방식으로, 조합은 IMS(613)의 정밀 위치설정 요건들을 감소시키고, 높은 콘트라스트(예를 들어, 1:2000보다 훨씬 더 큼)를 유지한다. 또한, 조합된 IMS(613) 및 SLM(647)은 높은 소광비(예를 들어, 1:100,000)를 제공한다. IMS(613)의 추가적인 이점은, 이것이 SLM(647)의 콘트라스트를 위한 내재된 기준 체크(built-in reference check)를 제공한다는 것이다. SLM(647), 예를 들어 LCOS 어레이의 수명에 걸쳐, "오프" 상태들의 품질은 저하되는 경향이 있다. IMS(613)가 각각의 요소에 의해 부여되는 콘트라스트를 비교하는 수단을 제공한다.
도 7은 IMS로서 사용될 수 있는 예시적인 어퍼처 휠(713)을 나타낸다. 이 예시적인 어퍼처 휠(713)은 나타낸 4 개의 조명 모드들(720, 730, 740, 750)을 갖는다. 4 개의 모드들이 도시되지만, 통상적으로 더 많은 모드들이 포함될 수 있을 것이다. 예를 들어, 16 개의 상이한 모드들이 단일 어퍼처 휠에 수용될 수 있다. 도 7의 제 1 조명 모드(720)에서, 어퍼처 플레이트(713)는 "비편광(nonpolarized)" 측정을 위한, 즉 s-편광 및 p-편광을 둘 다 포함하는 2 개의 어퍼처들을 제공한다. 제 2 조명 모드(730)에서, 어퍼처 플레이트(713)는 p-편광 CD 측정을 위한 단일 어퍼처를 제공한다. 제 3 조명 모드(740)에서, 어퍼처 플레이트(713)는 s-편광 CD 측정을 위한 단일 어퍼처를 제공한다. 제 4 조명 모드(750)에서, 어퍼처 플레이트(713)는 μBDO 측정을 위한 2-쿼드런트 어퍼처들(two-quadrant apertures)을 제공한다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은, 예를 들어 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 US 특허 출원 공개공보 2013/0141730호에서 설명된다.
도 8a 및 도 8b는 앞서 설명된 바와 같은 "스태킹된" 어퍼처의 두 가지 예시적인 구성들을 나타낸다. 도 8a 및 도 8b는, 예를 들어 μBDO 측정과 사용될 수 있는 동일한 2-쿼드런트 어퍼처를 나타낸다. 단일의 2-쿼드런트 어퍼처만이 도시되지만, 당업자라면 조명 모드가 앞서 설명된 조명 모드(750)와 같이 1보다 많은 2-쿼드런트 어퍼처를 가질 수 있음을 이해할 것이다. 도 8a는 3 개의 콘트라스트 영역들 - 높은 콘트라스트 영역(860), 중간(moderate) 콘트라스트 영역(861) 및 낮은 콘트라스트 영역(862)을 예시한다. 높은 콘트라스트 영역(860)은 IMS에 대해 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 "클린업" 어퍼처로서 기능한다. 중간 콘트라스트 영역(861)은 SLM 어레이의 "오프" 상태에 대응하고 앞서 설명된 바와 같은 조명 프로파일을 정의한다. 낮은 콘트라스트 영역(862)은 앞서 설명된 바와 같이 입사 광을 반사시키는 SLM 어레이의 "온" 상태에 대응한다. 도 8a에 나타낸 실시예에서, 중간 콘트라스트 영역(861)(또는 "오프" 픽셀들)은 높은 콘트라스트 영역(860)(또는 IMS의 어퍼처 부분)과 동일한 전반적인 형상(즉, 2-쿼드런트 어퍼처)을 가질 수 있지만, 감소된 크기이고, 유효 어퍼처의 에지만이 중간 콘트라스트로 제공되도록 한다. SLM 상의 패턴은 IMS 어퍼처를 오버랩하도록 생성된다. 이는 낮은 콘트라스트 영역(862)으로부터 높은 콘트라스트 영역(860)으로의 전이에서 약 1:100으로부터 1:100,000까지의 신호 콘트라스트의 전이를 초래한다. 결과로서, 조명 퓨필은 SLM에 대한 기계적 IMS 어퍼처의 X,Y 위치 정확성에 대해 낮은 민감도를 갖는다.
도 8b는 중간 콘트라스트 영역(861)이 높은 콘트라스트 영역(860)과 상이한 형상인 대안적인 조명 프로파일을 정의하도록 도 8a의 SLM 어레이가 어떻게 프로그램될 수 있는지를 예시한다. 도 8b에서, "온" 픽셀들은 도 8a의 중간 콘트라스트 영역(861)의 2-쿼드런트 형상과 대조적으로 2 개의 원형으로 배치된다.
도 9는 본 명세서에 설명된 조명 시스템과 사용될 편광 빔 분할 시스템에 대한 대안적인 실시예를 나타낸다. 편광 빔 분할 시스템(935)은 입사 방사선(934)을 적어도 제 1 및 제 2 서브-빔들(939, 940)로 분할한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 빔들/서브-빔이 광학 요소에 수직으로 광학 슬래브에 들어가고 이를 나가도록 편광 빔 분할 시스템(935)이 배치될 수 있다. 편광 빔 스플리터(PBS: 937)가 s-편광 방사선을 반사시켜 제 1 서브-빔(939)을 형성하고, p-편광 방사선을 투과시켜 제 2 서브-빔(940)을 형성한다. 앞선 설명과 유사하게, 제 1 및 제 2 서브-빔들(939, 940)은 폴드 거울들(941), 예를 들어 반사막들에 의해 반사될 수 있다. 도 9에 나타낸 실시예에서, 편광 빔 분할 시스템(935)은 오각형 단면을 갖고, PBS(937) 및 폴드 거울들(941)을 포함하는 모놀리식 광학 프리즘이다. 편광 빔 분할 시스템(935)은 내부 전반사(total internal reflection)를 통해 서브-빔들을 지향할 수 있거나, 또는 선택적으로 FTIR(frustrated total internal reflection) 요소들(946)을 포함할 수 있다. FTIR 요소들(946) 중 하나 또는 둘 모두가 조명 모드에 따라 원하는대로 서브-빔을 선택적으로 반사시키거나 투과시키도록 빔 셔터들로서 기능할 수 있다. 예를 들어, FTIR 요소들(946)은 프리즘 표면들에서 FTIR 조건들을 선택적으로 생성하기 위해 압전 작동(예를 들어, PZT 액추에이터들)을 사용할 수 있다. 따라서, 편광 빔 분할 시스템(935)은 제 1 및 제 2 서브-빔들(939, 940) 중 어느 하나를 닫을 수 있고, 이로 인해 편광 소광비를 개선할 수 있다. 나타낸 바와 같이, 제 1 서브-빔(939)은 FTIR 요소를 통과하도록 허용되는 한편, 제 2 서브-빔(940)은 프리즘 표면에 의해 반사된다. 이 방식으로, 조명 모드(730)에서와 같이, 조명을 위해 단일 편광 서브-빔이 이용될 수 있다. 하지만, 당업자라면, 조명 모드(740)에서와 같이 제 1 서브-빔이 이용될 수 있거나, 조명 모드들(720, 750)에서와 같이 제 1 및 제 2 서브-빔들이 둘 다 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
예시적인 조명 방법
도 10은 일 실시예에 따른, 기판 상의 타겟의 위치를 측정하기 위해 정렬 시스템을 이용하는 흐름도(1000)를 예시한다. 단지 예시를 위해, 도 10에 나타낸 단계들은 도 6 및 도 7에 나타낸 예시적인 작동 환경들을 참조하여 설명될 것이다. 하지만, 흐름도(1000)는 이 실시예들에 제한되지 않는다. 단계들이 상이한 순서로 수행될 수 있거나, 또는 특정 적용예들에 따라 수행되지 않을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 당업자라면, 조명 모드들이 제 1 및 제 2 서브-빔들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 이용할 것임을 이해할 것이다. 또한, 상이한 조명 모드들이 상이한 공간 프로파일들, 파장들, 스폿 크기 등을 필요로 할 수 있다.
단계 1002에서, 조명 시스템이 조명 광을 발생시킨다. 앞서 설명된 바와 같이, 이는 예를 들어 파장 선택 및 스폿 크기 선택을 포함할 수 있다.
단계 1004에서, 조명은 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔으로 분할된다. 앞서 설명된 바와 같이, PBS(637)와 같은 편광 빔 스플리터(PBS)에 의해 분할이 달성될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 수용된 광을 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔으로 분할한 후, 각각의 빔은 폴드 거울들에 의해 여러 번 반사될 수 있고, 1/4 파장판과 같은 복굴절 위상판을 통과할 수 있다.
단계 1006에서, 제 1 서브-빔 및/또는 제 2 서브-빔은 조명 모드 셀렉터(IMS)의 어퍼처를 통해 투과되고, IMS는 조명 모드에 대응하는 조명 위치에 배치된다. 앞서 설명된 바와 같이, 서브-빔들 중 하나는 예를 들어 IMS에 의해 차단될 수 있거나, 폴드 거울을 기울임으로써 멀리 편향될 수 있다. 하지만, 일부 조명 모드들은 서브-빔들이 둘 다 투과되게 할 필요가 있을 것이다.
단계 1008에서, 공간 광 변조기(SLM)가 투과된 제 1 서브-빔 및/또는 제 2 서브-빔의 공간 프로파일을 생성한다. 예를 들어, SLM은 도 8a 및 도 8b를 참조하여 앞서 설명된 바와 같은 원하는 공간 프로파일의 형상으로 패턴을 갖는 픽셀 어레이를 갖는 반사형 LCOS일 수 있다. 원하는 공간 프로파일은 투과된 제 1 및/또는 제 2 서브-빔의 부분을 IMS로 반사시킴으로써 생성된다. 그 후, IMS는 앞서 설명된 바와 같은 원하는 공간 프로파일 밖에 있는 광을 "클린업"할 수 있다.
단계 1010에서, 대물렌즈 투영 시스템이 IMS로부터 제 1 서브-빔 및/또는 제 2 서브-빔을 수용하고, 타겟을 갖는 기판을 향해 제 1 서브-빔 및/또는 제 2 서브-빔을 지향한다.
단계 1012에서, 검출기가 타겟으로부터의 방사선에 기초한 타겟 구조체의 이미지를 검출한다. 예를 들어, 방사선은 당업계에 알려진 바와 같이 1차(+1차 또는 -1차) 방사선과 같은 회절된 이미지일 수 있다. 이 공정의 상세한 부분들은 선택되는 조명 모드에 의존한다.
단계 1014에서, 이미지가 분석되고, 측정 결과는 선택되는 조명 모드에 기초하여 결정된다. 앞서 설명된 바와 같이, 장치는 타겟으로부터의 방사선을 이용하여 정렬 또는 오버레이 오차, 마크 비대칭, 임계 치수, 및/또는 다른 공정 변동들을 결정할 수 있다.
최종 발언
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한 번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함하는 기판을 칭할 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 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 본 명세서의 교시를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에 설명된 실시예들에서, 본 명세서가 허용하는 "렌즈" 및 "렌즈 요소"라는 용어들은, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "방사선", "빔" 및 "광"이라는 용어들은 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장 λ을 갖는) 자외(UV) 방사선, (예를 들어, 13.5 nm와 같은 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV 또는 연질 X-선) 방사선, 또는 5 nm 미만에서 동작하는 경질 X-선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다. 일반적으로, 약 400 내지 약 700 nm의 파장들을 갖는 방사선이 가시 방사선으로 간주되고; 약 780 내지 3000 nm(또는 그 이상)의 파장들을 갖는 방사선이 IR 방사선으로 간주된다. UV는 약 100 내지 400 nm의 파장들을 갖는 방사선을 지칭한다. 리소그래피 내에서, "UV"라는 용어는 수은 방전 램프(mercury discharge lamp)에 의해 생성될 수 있는 파장들: G-라인 436 nm; H-라인 405 nm; 및/또는 I-라인 365 nm에도 적용된다. 진공 UV 또는 VUV(즉, 가스에 의해 흡수되는 UV)는 약 100 내지 200 nm의 파장을 갖는 방사선을 지칭한다. 심 UV(DUV)는 일반적으로 126 nm 내지 428 nm 범위의 파장들을 갖는 방사선을 지칭하고, 일 실시예에서 엑시머 레이저가 리소그래피 장치 내에서 사용되는 DUV 방사선을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 5 내지 20 nm의 범위 내의 파장을 갖는 방사선은 적어도 일부분이 5 내지 20 nm의 범위 내에 있는 소정 파장 대역을 갖는 방사선에 관련된다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 "기판"이라는 용어는 일반적으로 후속한 재료 층들이 추가되는 재료를 설명한다. 실시예들에서, 기판 자체가 패터닝될 수 있고, 그 위에 추가되는 재료들이 패터닝될 수도 있거나, 또는 패터닝 없이 유지될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 설명은 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다.
요약 및 초록 부분(Summary and Abstract sectons)이 아닌, 발명의 상세한 설명 부분(Detailed Description section)이 청구항들을 해석하는 데 사용되도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다. 요약 및 초록 부분은 1 이상을 설명할 수 있지만, 발명자(들)에 의해 의도된 본 발명의 모든 예시적인 실시예를 설명하지는 않으며, 이에 따라 어떠한 방식으로도 본 발명 및 첨부된 청구항들을 제한하도록 의도되지 않는다.
이상, 본 발명은 명시된 기능들 및 그 관계들의 구현을 예시하는 기능 구성 요소(functional building block)들의 도움으로 설명되었다. 이 기능 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 임의로 정의되었다. 명시된 기능들 및 그 관계들이 적절히 수행되는 한, 대안적인 경계들이 정의될 수 있다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 교시 및 안내에 기초하여, 기재된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다.
본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (24)

  1. 메트롤로지 시스템에 있어서:
    조명 빔을 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔으로 분할하도록 구성되는 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter: PBS);
    복수의 어퍼처(aperture)들을 갖는 조명 모드 셀렉터(illumination mode selector: IMS) -각각의 어퍼처는 상기 제 1 서브-빔 또는 상기 제 2 서브-빔을 투과시키도록 구성되고, 상기 IMS는 복수의 조명 위치들에 배치되도록 구성되며, 상기 복수의 조명 위치들 각각은 조명 모드에 대응함- ; 및
    픽셀 어레이를 갖는 반사형 공간 광 변조기(SLM) -상기 픽셀 어레이는 상기 제 1 서브-빔 및 상기 제 2 서브-빔의 공간-분해 빔(spatially-resolved beam) 특성을 수정하고 복귀 경로를 따라 상기 제 1 서브-빔 및 상기 제 2 서브-빔 중 어느 하나 또는 둘 모두를 다시 상기 IMS 및 PBS로 반사시키도록 구성되며, 상기 복귀 경로를 따라 상기 PBS, IMS 및 SLM은 적어도 상기 제 1 서브-빔 또는 상기 제 2 서브-빔의 복소 진폭 또는 세기 공간 프로파일을 제어하도록 상호작동함- ;
    상기 IMS 및 PBS로부터 상기 제 1 서브-빔 및 상기 제 2 서브-빔을 수용하고 타겟 구조체를 갖는 기판을 향해 상기 제 1 서브-빔 및 상기 제 2 서브-빔을 지향하도록 구성되는 대물렌즈 투영 시스템; 및
    상기 타겟 구조체의 이미지 또는 회절된 이미지를 수신하도록 구성되는 검출기
    를 포함하는 메트롤로지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사형 SLM은 조명 퓨필 평면에 또는 그 부근에 위치되는 메트롤로지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 IMS는 상기 조명 퓨필 평면에 또는 그 부근에 위치되는 메트롤로지 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 IMS는 상기 조명 퓨필 평면과 실질적으로 광학적 켤레(optical conjugate)인 평면에 또는 그 부근에 위치되는 메트롤로지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사형 SLM 및 IMS는 상기 IMS의 복수의 어퍼처들 중 적어도 하나가 상기 반사형 SLM 상의 대응하는 공간 프로파일 패턴과 오버랩되도록 배치되는 메트롤로지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 PBS는 2 개의 육면체 광학 프리즘(hexahedron optical prism)들 사이에 개재되는 메트롤로지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 PBS는 빔 분할 큐브를 형성하는 2 개의 광학 프리즘들 사이에 개재되는 메트롤로지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 PBS는 모놀리식(monolithic) 광학 프리즘으로 통합되는 메트롤로지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 모놀리식 광학 프리즘의 표면에 FTIR(frustrated total internal reflection) 요소를 더 포함하고, 상기 FTIR 요소는 상기 제 1 서브-빔 또는 상기 제 2 서브-빔을 선택적으로 닫도록(shutter) 구성되는 메트롤로지 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    원하는 위치에 상기 IMS를 위치시키고 상기 반사형 SLM 상에 대응하는 공간 프로파일 패턴을 생성함으로써 상기 조명 모드를 설정하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는 메트롤로지 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 IMS의 복수의 어퍼처들은 사전정의된 형상을 갖고, 상기 대응하는 공간 프로파일 패턴은 상기 IMS의 복수의 어퍼처들의 사전정의된 형상과 동일한 전반적인 형상을 갖는 메트롤로지 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 IMS의 복수의 어퍼처들은 사전정의된 형상을 갖고, 상기 대응하는 공간 프로파일 패턴은 상기 IMS의 복수의 어퍼처들의 사전정의된 형상과 상이한 전반적인 형상을 갖는 메트롤로지 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 모드는 타겟 구조체의 임계 치수 측정 모드인 메트롤로지 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 모드는 마이크로-회절-기반 오버레이(μDBO) 측정 모드인 메트롤로지 시스템.
  15. 검사를 위한 방법에 있어서:
    편광 빔 스플리터(PBS)를 통해, 조명 빔을 제 1 서브-빔 및 제 2 서브-빔으로 분할하는 단계;
    조명 모드 셀렉터(IMS)의 어퍼처를 통해 상기 제 1 서브-빔 또는 상기 제 2 서브-빔을 투과시키는 단계 -상기 IMS는 조명 모드에 대응하는 조명 위치에 배치됨- ; 및
    상기 IMS 및 상기 PBS에 투과된 제 1 또는 제 2 서브-빔의 부분을 반사시킴으로써 픽셀 어레이를 갖는 반사형 공간 광 변조기(SLM)를 통해 투과된 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔의 원하는 복소 진폭 또는 세기 공간 프로파일을 생성하는 단계;
    대물렌즈 투영 시스템을 통해, 상기 IMS 및 PBS로부터 타겟을 갖는 기판을 향해 상기 투과된 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔의 부분을 지향하는 단계; 및
    타겟 구조체의 이미지 또는 회절된 이미지를 검출하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    조명 퓨필 평면에 또는 그 부근에 상기 반사형 SLM을 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 조명 퓨필 평면에 또는 그 부근에 상기 IMS를 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 조명 퓨필 평면과 실질적으로 광학적 켤레인 평면에 또는 그 부근에 상기 IMS를 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 IMS의 어퍼처가 상기 반사형 SLM 상의 대응하는 공간 프로파일 패턴과 오버랩되도록 상기 반사형 SLM 및 IMS를 배치하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 조명 모드를 설정하기 위해 원하는 위치에 상기 IMS를 위치시키는 단계; 및
    상기 반사형 SLM 상에 대응하는 공간 프로파일 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 투과된 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔의 원하는 공간 프로파일을 생성하는 단계는 상기 IMS의 어퍼처의 사전정의된 형상과 동일한 전반적인 형상을 갖는 공간 프로파일 패턴을 생성하는 방법.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 투과된 제 1 서브-빔 또는 제 2 서브-빔의 원하는 공간 프로파일을 생성하는 단계는 상기 IMS의 어퍼처의 사전정의된 형상과 상이한 전반적인 형상을 갖는 공간 프로파일 패턴을 생성하는 방법.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 조명 모드로서 타겟 구조체의 임계 치수 측정 모드를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 조명 모드로서 마이크로-회절-기반 오버레이(μDBO) 측정 모드를 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
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