KR102221714B1 - 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 메트롤로지 장치, 리소그래피 시스템, 및 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 방법 - Google Patents
리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 메트롤로지 장치, 리소그래피 시스템, 및 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
메트롤로지 장치 및 방법들이 개시된다. 일 구성에서, 메트롤로지 장치는 측정 방사선으로 구조체를 조명하고 구조체에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출하는 광학 시스템을 포함한다. 광학 시스템은 산란된 측정 방사선을 센서 상에 포커스하는 렌즈들의 어레이를 포함한다. 분산 요소가 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란된 측정 방사선을 배타적으로 지향한다.
Description
본 출원은 2016년 8월 23일에 출원된 EP 출원 16185319.7의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 메트롤로지 장치, 리소그래피 시스템, 및 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 방법에 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 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성되는 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경 및 오버레이, 즉 디바이스 내의 두 층들의 정렬 정확성의 척도를 측정하는 특수 툴들을 포함한다. 오버레이는 두 층들 간의 오정렬 정도에 관하여 설명될 수 있으며, 예를 들어 1 nm의 측정된 오버레이에 대한 언급은 두 층들이 1 nm만큼 오정렬되는 상황을 설명할 수 있다.
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 각도에서의 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 RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소 방법들과 같은 반복 접근법들에 의한 타겟의 재구성에 의해 수행될 수 있다.
종래의 스케터로미터들에 의해 사용되는 타겟들은 비교적 큰, 예를 들어 40㎛×40㎛ 격자들이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿을 발생시킨다[즉, 격자가 언더필링(underfill)됨]. 이는 무한한 것으로서 간주될 수 있기 때문에 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다. 하지만, 예를 들어 10㎛×10㎛ 이하까지 타겟들의 크기를 감소시키고, 예를 들어 이에 따라 이들이 스크라이브 레인(scribe lane) 내에 위치되기보다는 제품 피처(product feature)들 사이에 위치될 수 있기 위해, 격자가 측정 스폿보다 작게 구성되는[즉, 격자가 오버필링(overfill)되는] 메트롤로지가 제안되었다. 통상적으로, 이러한 타겟들은 (정반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고, 더 높은 차수들만이 처리되는 다크 필드 스케터로메트리(dark field scatterometry)를 이용하여 측정된다. 다크 필드 메트롤로지의 예시들은 국제 특허 출원들 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있으며, 이 문서들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 특허 공개공보들 US20110027704A, US20110043791A, 및 US20120242970A에서 설명되었다. 이 출원들도 모두 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 회절 차수들의 다크-필드 검출을 이용한 회절-기반 오버레이는 더 작은 타겟들에 대한 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 타겟들은 하나의 이미지에서 측정될 수 있는 다수 격자들을 포함할 수 있다.
알려진 메트롤로지 기술에서, -1차 및 +1차 회절 세기들을 개별적으로 얻기 위해 조명 모드 또는 이미징 모드를 변화시키거나, 오버레이 타겟을 회전시키면서, 소정 조건들 하에 오버레이 타겟을 두 번 측정함으로써 오버레이 측정 결과들이 얻어진다. 주어진 오버레이 타겟에 대한 세기 비대칭, 이 회절 차수 세기들의 비교가 타겟 비대칭, 즉 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공한다. 오버레이 타겟에서의 이 비대칭이 오버레이 오차(두 층들의 바람직하지 않은 오정렬)의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다.
이러한 다크 필드 스케터로메트리를 수행하는 경우에 메트롤로지 장치들은 현재 어느 한 순간에 단일 파장의 측정 방사선을 이용한 측정들만을 수행할 수 있다. 하지만, 상이한 층들에서의 상이한 타겟들은 상이한 파장 측정 방사선에 대해 상이한 거동을 나타낼 수 있고, 이는 변동가능한 측정 품질을 유도할 수 있다. 또한, 파장의 함수로서 변동들은 타겟 구조체에 대한 처리 유도 변화(processing induced change)들로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 화학 기계적 평탄화 에칭과 같은 반도체 제조 공정들 및 층 두께 변동들의 비-균일성(non-uniformity)이 메트롤로지 타겟의 구조체를 변화시키고, 이에 따라 최적 파장도 변화시킨다. 그러므로, 측정 방사선이 타겟 및/또는 층에 대해 개별적으로 조율(tune)되는 것이 바람직하다.
고품질 측정들로 하여금 효율적으로 수행되게 하는 메트롤로지 장치 및 방법들을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 메트롤로지 장치가 제공되고, 메트롤로지 장치는: 측정 방사선으로 구조체를 조명하고 구조체에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출하도록 구성되는 광학 시스템을 포함하며, 광학 시스템은: 산란된 측정 방사선을 센서 상에 포커스하도록 구성되는 렌즈들의 어레이; 및 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 복수의 비-중첩 파장 대역(non-overlapping wavelength band)들 각각에서의 산란된 측정 방사선을 배타적으로 지향하도록 구성되는 분산 요소(dispersive element)를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 방법이 제공되고, 이는: 적어도 복수의 비-중첩 파장 대역들을 포함한 측정 방사선으로 구조체를 조명하는 단계; 구조체에 의한 측정 방사선의 산란 후 측정 방사선을 스펙트럼으로 분산시키도록 분산 요소를 사용하여, 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각으로부터의 산란된 측정 방사선을 배타적으로 지향하는 단계; 및 센서에서 렌즈들의 어레이의 각 렌즈로부터의 방사선을 검출하는 단계를 포함한다.
이제 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 (a) 제 1 쌍의 조명 어퍼처(illumination aperture)들을 이용하여 타겟들을 측정하는 데 사용되는 다크 필드 스케터로미터의 개략적인 다이어그램; (b) 주어진 방향의 조명에 대한 타겟 격자의 상세한 회절 스펙트럼; (c) 알려진 형태의 다수 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline); 및 (d) 도 3(a)의 스케터로미터에서 얻어진 도 3(c)의 타겟의 이미지를 포함하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메트롤로지 장치를 도시하는 도면;
도 5는 렌즈들의 어레이, 광학 웨지 요소(optical wedge element), 필터 시스템, 및 분산 요소를 포함한 멀티스펙트럼 유닛(multispectral unit)을 도시하는 도면;
도 6은 광학 웨지 요소를 사용하는 상이한 회절 차수들의 공간적 분리(spatial separation)를 도시하는 도면; 및
도 7은 (a) 대표적인 퓨필 평면 이미지들이 겹쳐져 있는 렌즈들의 어레이 중 3 개의 렌즈들의 개략적인 다이어그램; (b) 3 개의 렌즈들과 정렬된 예시적인 대역 통과 필터; 및 (c) 필터 시스템의 파장에 따른 투과율의 변동을 포함하는 도면이다.
도 1은 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 도시하는 도면;
도 3은 (a) 제 1 쌍의 조명 어퍼처(illumination aperture)들을 이용하여 타겟들을 측정하는 데 사용되는 다크 필드 스케터로미터의 개략적인 다이어그램; (b) 주어진 방향의 조명에 대한 타겟 격자의 상세한 회절 스펙트럼; (c) 알려진 형태의 다수 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline); 및 (d) 도 3(a)의 스케터로미터에서 얻어진 도 3(c)의 타겟의 이미지를 포함하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메트롤로지 장치를 도시하는 도면;
도 5는 렌즈들의 어레이, 광학 웨지 요소(optical wedge element), 필터 시스템, 및 분산 요소를 포함한 멀티스펙트럼 유닛(multispectral unit)을 도시하는 도면;
도 6은 광학 웨지 요소를 사용하는 상이한 회절 차수들의 공간적 분리(spatial separation)를 도시하는 도면; 및
도 7은 (a) 대표적인 퓨필 평면 이미지들이 겹쳐져 있는 렌즈들의 어레이 중 3 개의 렌즈들의 개략적인 다이어그램; (b) 3 개의 렌즈들과 정렬된 예시적인 대역 통과 필터; 및 (c) 필터 시스템의 파장에 따른 투과율의 변동을 포함하는 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 특징들을 구체화하는 1 이상의 실시예들을 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 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 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 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 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 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 부여하는 데 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 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
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 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 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 다양한 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.
이 실시예에서, 예를 들어 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블, 및 예를 들어 2 이상의 마스크 테이블을 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 단계들이 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 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)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 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 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. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 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 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 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 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 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 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 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있음]. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한 번에 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 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 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)]. 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 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)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 또한 기판 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 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 이 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.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판들이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 속성들을 측정하도록 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 오차들이 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광되고 있도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 예를 들어 후속한 기판들의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 수율을 개선하도록 벗겨져서(strip) 재가공(rework)되거나, 가능하게는 버려져서 결점이 있다고 알려진 기판들에 노광을 수행하는 것을 회피할 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 결점이 없는 것으로 간주되는 타겟부들 상에만 또 다른 노광이 수행될 수 있다.
메트롤로지 장치는 기판들의 속성들을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 속성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 메트롤로지 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 메트롤로지 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 속성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분들과 노광되지 않은 레지스트의 부분들 사이에 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재하고 - 모든 메트롤로지 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 측정들은 통상적으로 노광된 기판들 상에서 수행되는 제 1 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광후 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠상(semi-latent)이라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 - 의 측정들을 수행하는 것이 가능하고, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결점이 있는 기판들의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
메트롤로지 장치가 도 3(a)에 도시된다. 도 3(b)에는 타겟(T) 및 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선(diffracted ray)들이 더 상세히 예시된다. 예시된 메트롤로지 장치는 다크 필드 메트롤로지 장치로서 알려진 타입으로 이루어진다. 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, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의해 방출된 광이 렌즈들(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(beam splitter: 15)를 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 있으며, 동시에 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 대물 렌즈 퓨필 평면의 배면-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 플레이트(aperture plate: 13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지며, 상이한 조명 모드들이 선택되게 한다. 나타낸 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-액시스를 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 광이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 것이기 때문이다.
도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 타겟(T)이 대물 렌즈(16)의 광학 축선(O)에 수직인 기판(W)과 배치된다. 기판(W)은 지지체(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 측정 방사선의 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟을 이용하면, 이 광선들은 메트로롤지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다는 것을 기억하여야 한다. 플레이트(13) 내의 어퍼처가 (유용한 양의 광을 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. 타겟들의 격자 피치들 및 조명 각도들은, 대물 렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광학 축선과 밀접하게 정렬되도록 디자인되거나 조정될 수 있다는 것을 유의한다. 도 3(a) 및 도 3(b)에 예시된 광선들은 순전히 다이어그램에서 이들이 더 쉽게 구별될 수 있도록 어느 정도 축선을 벗어나 도시된다.
적어도 기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물 렌즈(16)에 의해 수집되고, 빔 스플리터(15)를 통해 다시 지향된다. 도 3(a)로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 측정 방사선의 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.
제 2 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 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정을 위해 사용될 수 있다.
제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 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 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 포착된 이미지들은 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 이의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 격자 라인들의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.
도 3에 나타낸 어퍼처 플레이트(13) 및 필드 스톱(field stop: 21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟들의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 광의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서, 1차 빔들 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선을 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) 방위되는 격자들을 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 것을 유의한다. 직교 격자의 측정을 위해서는, 90°및 270°에 걸친 타겟의 회전이 시행될 수 있다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은 앞서 언급된, 사전 공개된 출원들에서 설명된다.
도 3(c)는 알려진 실행에 따라 기판 상에 형성되는 (복합) 타겟을 도시한다. 이 예시에서의 타겟은 메트롤로지 장치의 메트롤로지 방사선 조명 빔에 의해 형성되는 측정 현장(measurement scene) 또는 측정 스폿(24) 내에 모두 있도록 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 격자들(25a 내지 25d)을 포함한다. 따라서, 4 개의 격자들은 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서들(19 및 23) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 격자들(25a 내지 25d)은 자체로 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 오버라잉 격자(overlying grating)들에 의해 형성된 복합 격자들이다. 격자들(25a 내지 25d)은 상이하게 편향된 오버레이 오프셋들(층들 간의 고의적 미스매칭)을 가져, 복합 격자들의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 이러한 기술들은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 더 설명되지는 않을 것이다. 또한, 격자들(25a 내지 25d)은 나타낸 바와 같이 입사 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키도록 그 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 격자들(25a 및 25c)은 X-방향 격자들이며, 각각 +d, -d의 편향들을 갖는다. 격자들(25b 및 25d)은 Y-방향 격자들이며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 이 격자들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 단지 타겟의 일 예시이다. 타겟은 4 개보다 많거나 적은 격자들, 또는 단일 격자를 포함할 수 있다.
도 3(d)는 도 3(a)의 장치에서 도 3(c)의 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)는 상이한 개별적 격자들(25a 내지 25d)을 분해할 수 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 이 안에서 기판 상의 조명된 스폿(24)은 대응하는 원형 영역(26)으로 이미징된다. 이 안에서, 직사각형 영역들(27a 내지 27d)은 작은 타겟 격자들(25a 내지 25d)의 이미지들을 나타낸다. 타겟들이 제품 영역들 내에 위치되는 경우, 제품 피처들도 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)가 격자들(25a 내지 25d)의 개별 이미지들(27a 내지 27d)을 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이 이미지들을 처리한다. 이 방식으로, 이미지들은 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬되지 않아도 되며, 이는 전체적으로 측정 장치의 스루풋을 크게 개선한다.
일단 격자들의 개별 이미지들이 식별되면, 그 개별적인 이미지들의 세기들은 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 합산하거나 평균함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기들 및/또는 다른 속성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하도록 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예시이다.
현재, 제 2 이미징 브랜치를 사용하여 다크 필드 측정들을 수행하는 경우, 사용되는 측정 방사선은 단일 파장만을 포함한다. 측정 방사선은 측정되는 기판의 상이한 층들에 대해 상이한 거동을 나타낸다. 그러므로, 측정 방사선의 파장은 측정되는 타겟이 포함되는 층에 대해 최적화되어야 한다. 이는 측정 방사선이 상이한 층들에서의 타겟들의 상이한 측정들을 위해 개별적인 조율을 필요로 한다는 것을 의미한다. 이는 상당한 시간이 걸리는 한편, (더 많은 측정들이 수행되게 함으로써) 제조 생산성(fabrication productivity) 및/또는 정확성을 증가시키기 위해 측정 시간을 감소시키는 것이 항상 바람직하다. 또한, 때로는 다층 오버레이 측정들이 수행되며, 이때 상이한 층들에서의 다수 타겟들이 단일 이미지에서 포착된다. 이러한 다층 측정들에 대해, 상이한 층들에서의 타겟들에 대한 파장의 최적화는 불가능하며, 선택된 파장은 단지 상이한 타겟들에 대한 최선의 절충안일 것이다.
도 4는 이 문제들에 대처하는 것을 목표로 하는 메트롤로지 장치 아키텍처를 개략적으로 예시한다. 이는 다수 파장들을 병렬로 사용하여 [예를 들어, 도 3(c)에 도시된 타겟과 유사할 수 있는] 타겟에 대한 측정들을 수행함으로써 행해진다. 사용되는 기술은 멀티스펙트럼 이미징이라고 칭해질 수 있다. 이는 각각의 개별적인 층에 대해 최적 파장의 선택을 허용한다. 그러므로, 예를 들어 다층 측정을 수행하는 경우, 스루풋을 희생시키지 않으면서 각각의 타겟에 대해 파장이 최적화될 수 있다. 또한, 타겟의 완전한 스펙트럼 맵의 제공은 공정 변동에 대한 오버레이 측정의 견고함을 개선한다.
메트롤로지 장치는 도 3(a)의 메트롤로지 장치, 및 특히 이 장치의 제 2 측정 브랜치와 대체로 동일하다[본 명세서에 따른 장치들은 선택적으로 도 3(a)에 예시된 것과 유사한 방식으로 또 다른 측정 브랜치를 포함할 수 있음]. 이러한 것으로서, 조명 시스템과 센서 사이의 광학 디자인 원리는 대체로 변하지 않으며, 동일한 번호들이 동일한 요소들에 귀속된다.
초기 디자인들과 도 4의 메트롤로지 장치 사이의 주된 차이는 조명 시스템(30), 및 센서(23) 대신에 멀티스펙트럼 유닛(32)의 포함이다.
조명 시스템(30)은 다수 파장들을 포함하는 측정 방사선을 제공한다. 측정 방사선은 연속 스펙트럼 또는 다수 이산 파장들(또는 파장 대역들)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 측정 방사선은 400 nm에서 900 nm까지 연장되는 다수 파장들을 포함할 수 있다.
도 4는 리소그래피 공정에 의해 기판(W) 상에 형성된 구조체를 측정하기 위한 메트롤로지 장치의 일 예시를 도시한다. 도 3(c)의 4 개의 격자들(25a 내지 25d)는 메트롤로지 장치에 의한 측정에 적절한 구조체들의 예시들이다. 메트롤로지 장치는 측정 방사선으로 구조체를 조명하고 구조체에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출하도록 구성되는 광학 시스템을 포함한다. 광학 시스템은 상이한 파장 대역들에서 산란 측정 방사선을 동시에 검출할 수 있는 멀티스펙트럼 유닛(32)을 포함한다.
도 5는 예시적인 멀티스펙트럼 유닛(32)을 도시한다. 멀티스펙트럼 유닛(32)은 렌즈들(47)의 어레이(46) 및 분산 요소(36)를 포함한다.
도 5는 퓨필 평면(48)으로부터 센서(44)까지의 산란 측정 방사선의 전파를 개략적으로 도시한다. 퓨필 평면(48)은 타겟의 회절 스펙트럼의 적어도 일부(퓨필 평면 이미지)가 형성되는 평면이다. 1차 회절 빔들을 모두 포함하는 다크 필드 조명 모드에 대응하는 퓨필 평면 이미지가 개략적으로 도시되며, 49로 표시되어 있다. 다른 조명 모드들이 사용될 수 있다. 측정 방사선은 퓨필 평면(48)으로부터 렌즈(34)를 통해 분산 요소(36) 상으로 통과한다. 측정 방사선은 분산 요소(36)로부터 렌즈(38)를 통해 센서(44) 상으로 통과한다. 나타낸 실시예에서, 측정 방사선은 또한 필터 시스템(40) 및 광학 웨지(42)를 통과하며, 이는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 렌즈들(34 및 38)은 4F 배열로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈들(47)의 어레이(46)는 센서(44) 상에 산란 측정 방사선을 포커스한다. 일 실시예에서, 렌즈들(47)의 어레이(46)는 규칙적인 1D 또는 2D 어레이로 배열되는 복수의 렌즈들(47)을 포함한다. 일 실시예에서, 렌즈들은 공칭적으로 동일하지만(예를 들어, 동일한 직경), 렌즈들(47)에 의해 센서(44) 상에 형성되는 이미지들의 미세 조율을 허용하도록 개별적으로 조정가능할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 렌즈들(47) 각각의 초점 길이 또는 위치가 개별적으로 조정될 수 있다. 개별적으로 조정가능한 초점 길이 또는 위치를 갖는 렌즈들은 당업계에 잘 알려져 있으므로, 여기에서 더 이상의 세부사항은 제공되지 않는다. 렌즈들(47)의 미세 조율은, 예를 들어 파장의 함수로서 렌즈의 광학적 속성들에서의 변동들을 보상할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 렌즈들(47) 각각은 다른 렌즈들(47)에 대해 상이한 파장 대역의 방사선을 수용할 것이다. 추가적으로, 렌즈들(47) 각각은 상이한 시간에 상이한 파장 대역의 방사선을 수용할 수 있다.
분산 요소(36)는 어레이(46)의 상이한 각 렌즈(47) 상으로 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란된 측정 방사선을 배타적으로 지향한다. 따라서, 6 개의 비-중첩 파장 대역들이 제공되는 경우, 파장 대역들 중 제 1 대역은 제 1 렌즈(47) 상으로 지향되고 다른 렌즈(47)로는 지향되지 않을 것이며, 파장 대역들 중 제 2 대역은 제 2 렌즈(47) 상으로 지향되고 다른 렌즈(47)로는 지향되지 않을 것이며, 이후로도 마찬가지이고, 파장 대역들 중 제 6 대역은 제 6 렌즈(47) 상으로 지향되고 다른 렌즈(47)로는 지향되지 않는다. 비-중첩 파장 대역은 다른 모든 비-중첩 파장 대역들 밖에 있는 파장들의 범위를 포함하는 대역이다.
분산 요소(36)는 방사선의 파장에 의존하는 방식으로 방사선 빔의 전파 방향을 변화시킬 수 있는 여하한의 요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 분산 요소(36)는 회절 격자 또는 프리즘을 포함한다.
분산 요소(36)는 상이한 파장들(상이한 파장 대역들)을 갖는 산란된 측정 방사선의 성분들을 공간적으로 분리한다. 렌즈들(47)의 어레이(46)는 분리된 성분들을 센서(44) 상의 상이한 구역들에 포커스한다(또한, 이 실시예에서는 이로부터 타겟의 이미지들을 형성한다). 이 구성은 측정 방사선이 복수의 상이한 파장 대역들에 대해 산란된 구조체를 동시에 측정하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 측정들이 단일 파장 대역으로 제한되지 않기 때문에 구조체의 고품질 측정들이 수행될 수 있다. 상이한 시간에 상이한 파장 대역들을 사용하여 측정들을 수행할 필요가 없기 때문에, 측정이 높은 효율로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈들(47)의 어레이(46)는 구조체의 퓨필 평면 이미지의 적어도 일부가 형성되는 평면(퓨필 평면)에 위치된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 퓨필 평면 이미지는 1차 회절 성분들만(-1차 및 +1차 성분들)을 포함한다. 일 실시예에서, 어레이(46) 내의 각각의 렌즈(47)는 센서(44) 상에 이미지를 형성한다. 앞서 언급된 바와 같이, "이미지"라는 용어는 본 명세서에서 넓은 의미로 사용된다. 모든 회절 차수들이 퓨필 평면에 존재한다면, 이미지는 측정 방사선을 산란시키는 구조체의 완전한 이미지일 것이다(즉, 모든 공간 주파수들을 포함함). 모든 회절 차수들보다 적은 경우, 센서(44) 상에 형성되는 이미지는 구조체의 완전한 이미지가 아닐 것이다.
일 실시예에서, 렌즈들(47)의 어레이(46)는 퓨필 평면 이미지에 대한 왜곡들, 예를 들어 분산 요소(36)에 의해 도입되는 왜곡들을 보정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 렌즈들의 어레이(46)는 분산 요소(36)에 의해 도입되는 아나모픽(anamorphic) 왜곡들을 보정하도록 구성된다(보정되지 않으면, 이는 원형 이미지들을 타원형 이미지들로 왜곡시킬 것이다). 이는, 예를 들어 원통형 렌즈들(47)을 포함하는 렌즈들(47)의 어레이(46)를 사용함으로써 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 웨지 요소(42)가 제공된다. 광학 웨지 요소(42)는 산란된 측정 방사선에서 상이한 회절 차수들로부터 발생하는 방사선을 공간적으로 분리한다. 공간적 분리는 상이한 회절 차수들로부터의 방사선이 센서(44) 상의 상이한 각각의 비-중첩 구역들에서 검출되도록 이루어진다. 예시적인 광학 웨지 요소(42)가 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 상이한 파장들의 산란된 측정 방사선으로부터 발생하는 퓨필 평면 이미들의 예시적인 세트가 광학 웨지 요소(42)의 입력 표면 상에 겹쳐서 도시되어 있다. 광학 웨지 요소(42)는, -1차 방사선에 대응하는 각각의 퓨필 평면 이미지의 구역(예를 들어, 대략 우측 상부 사분면)이 제 1 각도로 방사선을 전향(redirect)하는 광학 웨지 요소(42)의 구역[예를 들어, 도 6에 나타낸 방위에서 광학 웨지 요소(42)의 상부 구역]에 입사하고, +1차 방사선에 대응하는 각각의 퓨필 평면 이미지의 구역(예를 들어, 대략 좌측 하부 사분면)이 제 1 각도와 상이한 제 2 각도로 방사선을 전향하는 광학 웨지 요소(42)의 구역(예를 들어, 도 6의 방위에서 하부 구역]에 입사하도록 구성된다. 광학 웨지 요소(42)는 센서(44) 상에 상이한 회절 차수들(예를 들어, -1 및 -1)로부터의 이미지들을 분리하여, 상이한 회절 차수들이 동시에 측정되게 한다. 상이한 회절 차수들을 측정하기 위한 대안적인 접근법은, 예를 들어 어퍼처 플레이트(13)를 변화시킴으로써 조명 모드를 변경하는 것이다. 이 방식으로, 멀티스펙트럼 유닛(32)은 상이한 시간에 -1차 방사선 및 +1차 방사선을 수용할 수 있다. 하지만, 이 접근법은 통상적으로 광학 웨지 요소(42)를 사용하여 상이한 회절 차수들을 동시에 측정하는 것보다 더 시간-소모적일 것이다.
퓨필 평면 이미지가 렌즈들(47) 중 여하한의 2 개에 중첩되는 방식으로 산란 측정 방사선이 렌즈들(47)의 어레이(46)에 입사하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이것이 발생하는 경우, 고품질 이미지를 형성하는 데 필요한 공간 정보 중 일부가 2 개의 상이한 이미지들 사이에서 분할되어 그 이미지들을 모두 손상시킨다. 일 실시예에서, 필터 시스템(40)이 제공되어, 이러한 중첩을 야기하는 파장들의 대역들을 필터링한다. 도 7은 예시적인 구성을 도시한다.
도 7(a)는 렌즈들의 어레이(46)로부터의 3 개의 예시적인 렌즈들(47)을 도시한다. 3 개의 렌즈 상에, 왼쪽에서 오른쪽으로 서로에 대해 균등하게 이격되는 11 개의 개략적인 퓨필 평면 이미지들이 중첩된다. 퓨필 평면 이미지들 각각은 구조체의 회절 패턴의 부분들을 나타내는 방사선을 포함하는 우측 상부 사분면 및 좌측 하부 사분면을 포함하는 한편, 좌측 상부 사분면 및 우측 하부 사분면은 차단된 구조체의 회절 패턴의 부분들을 나타낸다. 분산 요소로부터 출력되는 측정 방사선이 [필터 시스템(40)의 부재 시] 3 개의 렌즈들(47)을 가로질러 연속적으로 확산될 연속적인 범위의 파장들을 포함하는 경우, 퓨필 평면 이미지들의 연속적인 확산도 3 개의 렌즈들(47)을 가로질러 확산될 것이다. 도 7은 설명의 용이함을 위해 단지 11 개의 대표적인 퓨필 평면 이미지들만을 나타낸다.
71A 내지 71I 위치들을 중심으로 하는 퓨필 평면 이미지들 중 9 개는 렌즈들(47) 중 단 하나에만 완전히 포함된다. 72B 및 72C 위치들을 중심으로 하는 퓨필 평면 이미지들 중 2 개는 2 개의 상이한 렌즈들(47)에 중첩되고, 그러므로 센서(44) 상에서 2 개의 상이한 이미지들에 방사선을 기여시킬 것이다. 또한, 72B 및 72C 위치들의 퓨필 평면 이미지 직경의 절반 내에서(즉, 62로 표시된 범위들에 대응하는 71C 내지 71D 또는 71F 내지 71G의 범위 내의 어느 곳에서) 중심으로 하는 모든 퓨필 평면 이미지들(도시되지 않음)이 2 개의 상이한 렌즈들(47)에 중첩될 것이다. 필터 시스템(40)은 적어도 퓨필 평면 이미지들의 위치들의 이 범위들에 대응하는 측정 방사선의 성분들을 필터링한다. 도 7에 나타낸 지오메트리에서, 필터 시스템(40)은 이에 따라 62로 표시된 범위들 내의 여하한의 위치를 중심으로 하는 퓨필 평면 이미지들을 생성하는 측정 방사선의 성분들을 필터링한다. 반대로, 필터 시스템(40)은 61로 표시된 범위들 내의 여하한의 위치를 중심으로 하는 퓨필 평면 이미지들을 생성하는 측정 방사선의 성분들을 통과시킨다.
일 실시예에서, 필터 시스템(40)은 도 7(b)에 개략적으로 도시된 바와 같이 대역 통과 필터들(51 내지 53)의 어레이를 포함한다. 각각의 대역 통과 필터(51 내지 53)는 사전설정된 대역 내에서 방사선을 선택적으로 통과시키고, 퓨필 평면 이미지가 렌즈들(47) 중 여하한의 2 개에 중첩되는 방식으로 산란 측정 방사선이 어레이(46)에 입사하는 것을 방지하도록 렌즈들(47)의 어레이(46)와 정렬된다. 따라서, 나타낸 예시에서, 대역 통과 필터(51)는 71A 내지 71C의 범위에 중심이 있는 퓨필 평면 이미지들에 대응하는 파장 대역 내의 방사선을 통과시키고, 다른 모든 파장들을 차단한다. 대역 통과 필터(52)는 71D 내지 71F의 범위에 중심이 있는 퓨필 평면 이미지들에 대응하는 파장 대역 내의 방사선을 통과시키고, 다른 모든 파장들을 차단한다. 대역 통과 필터(53)는 71G 내지 71I의 범위에 중심이 있는 퓨필 평면 이미지들에 대응하는 파장 대역 내의 방사선을 통과시키고, 다른 모든 파장들을 차단한다. 대역 통과 필터들(51 내지 53)의 어레이의 전체 투과 특성이 도 7(c)에 도시된다. 투과율(T)은 범위들(61)에 중심이 있는 퓨필 평면 이미지들을 제공하는 파장들에 대해 비교적 높고(예를 들어, 실질적으로 100 %), 범위들(62)에 중심이 있는 퓨필 평면 이미지들을 제공하는 파장들에 대해 비교적 낮다(예를 들어, 실질적으로 0).
도 6 및 도 7의 필터 시스템(40)은 렌즈들의 어레이(46)에 근접하여 제공된다. 이 접근법은 분산 요소(36)가 산란된 측정 방사선의 상이한 파장 성분들을 이미 확산시켰기 때문에 유리하며, 이는 필터링 공정을 용이하게 한다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 개별적인 대역 통과 필터들은 상이한 파장 성분들이 확산되지 않았던 경우보다 좁은 범위의 파장들에서 작동할 수 있다. 하지만, 필터 시스템(40)을 이 위치에 제공하는 것이 필수적이지는 않다. 예를 들어, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 필요한 투과 프로파일이 달성되는 한, 필터링은 메트롤로지 시스템 어디에서나 일어날 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 조명 시스템(30) 자체는 퓨필 평면 이미지가 렌즈들(47) 중 여하한의 2 개에 중첩되는 방식으로 산란 측정 방사선이 렌즈들(47)의 어레이(46)에 입사하지 않도록 선택되는 복수의 비-중첩 파장 대역들을 직접 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이 경우에, 조명 시스템(30)에 의해 제공되는 비-중첩 파장 대역들은 이미 서로 이격되어 있고, 퓨필 평면 이미지가 렌즈들(47) 중 어느 2 개에 중첩되도록 하는 복수의 비-중첩 파장 대역들의 여하한의 쌍 사이에서의 여하한의 파장 대역의 측정 방사선이 실질적으로 없다. 이 경우, 필터 시스템(40)은 필요하지 않을 것이다.
파장 공간에서 우수한 샘플링을 제공하기 위해, 퓨필 평면 이미지의 직경[또는 어레이(46)의 렌즈들(47)이 정렬되는 방향에 평행한 퓨필 평면 이미지의 폭]이 (도 7에 나타낸 바와 같이) 어레이(46)의 각각의 렌즈(47)의 직경의 50 %, 예를 들어 직경의 25 % 내지 50 %, 선택적으로는 직경의 33 % 내지 50 %, 선택적으로는 직경의 실질적으로 50 %에 가깝도록 배치되는 것이 바람직하다. 예시적인 메트롤로지 장치의 특정한 파라미터들이 아래에서 설명된다.
다음의 파라미터들은 δλ = 10 nm의 파장 분해능으로 Δλ = 100 nm의 총 대역폭에 걸친 측정 방사선 확산을 사용하여 구조체를 측정하기를 원하는 경우에 적용가능할 것이다. 따라서, 각각의 렌즈(47)는 10 nm 대역폭에 걸쳐 방사선을 획득하고[및 센서(44) 상에 이미지를 형성하고], 동일한 대역폭의 다수 측정들이 100 nm 범위에 걸쳐 병렬로 수행된다. 이러한 경우, 전형적인 광학 시스템에 대한 퓨필 평면 이미지의 직경(Dp)은 약 3.8 mm일 것이다. 피치 P = 500 nm를 갖는 회절 격자를 포함하는 분산 요소(36)에 대해, 회절된 각도는 
에 의해 주어질 것이다. δλ = 10 nm의 스펙트럼 분해능을 달성하기 위해, 파장들의 범위의 측방향 변위 δλ = 10 nm가 퓨필 평면 이미지의 직경과 동일할 것을 보장하는[즉, 도 7(c)에 나타낸 듀티 사이클을 제공하는] 렌즈들(34 및 38)의 초점 길이(f)가 필요하다. 그러므로, 초점 길이는 
를 만족시켜야 하고, 이는 f = 10 cm를 산출한다. 이 초점 길이를 사용하여, 분산된 퓨필 평면 이미지들의 총 물리적 크기[어레이(46)에 걸친 퓨필 평면 이미지들의 확산 길이]를 계산하고, 이에 따라 어레이(46) 및 어레이(46)로부터 이미지들을 수신할 센서(44)의 필요한 크기를 계산하는 것이 가능하다.
분산된 퓨필 이미지의 총 공간 크기는 대략 
이다. 이는 L = 3.8 cm로서 어레이(46)[및 센서(44)]의 크기를 제공한다. 70x 배율에 대해, 렌즈들(47)의 초점 길이는 약 14 cm일 것이다. 3.8 mm의 퓨필 평면 이미지 직경에 대해, 렌즈들(47) 각각의 직경은 7.6 mm이어야 한다. 총 대역폭 Δλ = 100 nm에 대해, 어레이(46)에는 5 개의 렌즈들(47)이 필요할 것이고, 각각의 렌즈(47)는 δλ = 10 nm의 대역폭을 측정한다. 따라서, 이 구성은 10 nm 폭 및 10 nm 간격의 5 개의 등거리 파장 대역들에서 구조체의 측정(예를 들어, 오버레이 오프셋을 얻는 것)을 허용한다. 상이한 파장 범위를 측정하기 위해, 분산 요소(36)(이 경우, 회절 격자)는 조정(예를 들어, 회전)될 필요가 있거나, 또는 렌즈 어레이(46) 및 가능하게는 센서(44)는 이동될 필요가 있을 것이다. 추가적으로, 적절한 파장 대역들이 어레이(46)의 각 렌즈들(47)을 통해 허용되도록 사용되는 대역 통과 필터들(40)의 여하한의 어레이가 이동되거나 대체되어야 할 수도 있다.
메트롤로지 장치를 사용하는 고품질 이미징은 렌즈들(47)의 어레이(46) 및 분산 요소(36)의 적절한 정렬에 의존한다. 일 실시예에서, 정렬 제어기(70)가 제공되어, 적어도 렌즈들(47)의 어레이(46) 및 분산 요소(36) 간의 상대 정렬이 제어되게 한다. 요구되는 상대 정렬은 일반적으로 사용되는 복수의 비-중첩 파장 대역들에 의해 다루어지는 특정 범위의 파장들에 의존할 것이다. 일 실시예에서, 상이한 복수의 중첩 파장 대역들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장 범위 내에 모두 포함되는 제 1 복수의 파장 대역들이 사용될 수 있으며, 이어서 제 2 파장 범위로 모두 포함되는 제 2 복수의 파장 대역들이 사용될 수 있다. 제 1 및 제 2 파장 범위들 자체가 중첩되지 않을 수 있다. 이 방식으로, 광범위한 파장들에 걸쳐 높은 스펙트럼 분해능으로 구조체의 상세한 측정 세트를 구축하는 것이 가능하다. 하지만, 상이한 복수의 파장들 각각은 통상적으로 각각의 비-중첩 대역이 렌즈들(47) 중 하나와 적절하게 정렬될 것을 보장하기 위해[예를 들어, 퓨필 평면 이미지가 렌즈(47)와 여하한의 다른 렌즈(47) 사이에 중첩되지 않도록] 적어도 렌즈들(47)의 어레이(46)와 분산 요소(36) 간의 상이한 상대 정렬을 필요로 할 것이다.
일 실시예에서, 메트롤로지 장치는 렌즈들의 어레이(46) 및 분산 요소(36) 중 어느 하나 또는 둘 모두의 위치, 방위, 또는 위치와 방위를 조정하도록 구성되는 정렬 액추에이터(70)를 더 포함한다. 정렬 액추에이터(70)는 메트롤로지 장치가 제 1 정렬 상태로부터 제 2 정렬 상태(및 선택적으로는 필요에 따라 1 이상의 추가 정렬 상태들)로 선택적으로 스위칭하게 한다. 제 1 정렬 상태는 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란 측정 방사선이 렌즈들(47)의 어레이(46)의 상이한 각 렌즈(47) 상으로 배타적으로 지향되도록 이루어진다. 제 2 정렬 상태는 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란 측정 방사선이 렌즈들(47)의 어레이(46)의 상이한 각 렌즈(47) 상으로 배타적으로 지향되도록 이루어진다. 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들은 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들과 상이하다.
일 실시예에서, 정렬 액추에이터(70)는 분산 요소(36)를 회전시킴으로써 분산 요소(36)의 방위를 조정한다.
일 실시예에서, 필터 시스템(40)의 작동은 측정될 복수의 비-중첩 파장 대역들의 변화에 응답하여 수정되어야 할 수도 있다. 일 실시예에서, 정렬 액추에이터(70)에 의한 제 1 정렬 상태로부터 제 2 정렬 상태로의 스위칭에 응답하여 필터 시스템(40)의 작동을 수정하는 필터 시스템 액추에이터(72)가 제공된다. 일 실시예에서, 필터 시스템(40)의 작동은 렌즈들의 어레이(46)에 대한 대역 통과 필터들의 어레이의 정렬을 변화시킴으로써 수정된다. 일 실시예에서, 대역 통과 필터의 어레이는 조정을 허용하기 위해 이동가능한 스테이지 상에 배치된다. 일 실시예에서, 메트롤로지 장치의 전체 작동 스펙트럼 범위를 다루는 대역 통과 필터들의 어레이가 제공된다[측정되는 특정 범위의 파장들에 따라, 각각의 측정 공정 동안 대역 통과 필터들의 어레이의 적절한 부분이 렌즈들(47)의 어레이(46)와 정렬됨]. 대안적인 실시예에서, 필터 시스템(40)의 작동은 대역 통과 필터들의 제 1 어레이를 대역 통과 필터들의 제 2 어레이로 대체함으로써 수정된다.
렌즈들(47)의 어레이(46), 분산 요소(36), 센서(44) 및/또는 필터 시스템(40)의 여하한의 필요한 조정이 셋업 단계 동안 구조체의 측정에 앞서 수행될 것이다. 구조체의 측정 동안 이동 부분들은 필요하지 않다.
본 명세서에 설명된 개념들은 각각의 파장을 개별적으로 선택하고 연속하여 다수 측정들을 수행해야 하는 대신에 멀티스펙트럼 측정의 병렬 판독을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 측정들은, 예를 들어 오버레이 타겟들에 대한 오버레이 측정들을 수행하는 데 사용될 수 있다.
상이한 파장들로의 병렬 측정들을 갖는 것은 측정들을 더 견고하게 만든다. 예를 들어, 다수의 컬러를 조합함으로써(예를 들어, 블라인드 소스 분리 기술들을 사용함으로써) 더 우수한 비대칭 보정이 얻어질 수 있다.
본 명세서에 설명된 개념들은 모니터링을 위해 구조체들의 리소그래피-후 측정 이상의 유용성을 발견할 수 있다. 예를 들어, 이러한 검출기 아키텍처가 패터닝 공정 동안 기판을 정렬시키기 위해 리소그래피 장치들에서 사용되는, 퓨필 평면 검출에 기초하는 장래의 정렬 센서 개념들에서 사용될 수 있다.
앞서 설명된 타겟들은 구체적으로 측정을 위해 디자인되고 형성되는 메트롤로지 타겟들이지만, 다른 실시예들에서 기판 상에 형성되는 디바이스들의 기능부들인 타겟들에 대해 속성들이 측정될 수 있다. 많은 디바이스들이 규칙적인 격자-형 구조체들을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 '타겟 격자' 및 '타겟'이라는 용어들은, 구조체가 구체적으로 수행되는 측정을 위해 제공되었음을 요구하지 않는다.
메트롤로지 장치는 도 2를 참조하여 앞서 설명된 리소그래피 셀(LC)과 같은 리소그래피 시스템에서 사용될 수 있다. 리소그래피 시스템은 리소그래피 공정을 수행하는 리소그래피 장치(LA)를 포함한다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 후속한 리소그래피 공정을 개선하기 위해, 후속하여 리소그래피 공정을 수행하는 경우에 리소그래피 공정에 의해 형성되는 구조체의 메트롤로지 장치에 의한 측정의 결과를 사용하도록 구성될 수 있다.
일 실시예는 구조체들 상의 타겟들을 측정하고, 및/또는 리소그래피 공정에 관한 정보를 얻도록 측정들을 분석하는 방법들을 설명하는 기계-판독가능한 명령어들의 1 이상의 시퀀스를 포함한 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 기존 리소그래피 또는 메트롤로지 장치가 이미 생산 중 및/또는 사용 중인 경우, 본 발명은 프로세서가 본 명세서에 설명된 방법들을 수행하게 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품들의 제공에 의해 구현될 수 있다.
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(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 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 포함한 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 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있으며, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 레지스트로부터 이동되어 그 안에 패턴을 남긴다.
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.
본 발명에 따른 추가 실시예들이 아래의 번호가 매겨진 항목들에서 더 설명된다:
1. 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성되는 구조체를 측정하는 메트롤로지 장치에 있어서, 메트롤로지 장치는:
측정 방사선으로 구조체를 조명하고 구조체에 의해 산란되는 측정 방사선을 검출하도록 구성되는 광학 시스템을 포함하며, 광학 시스템은:
산란된 측정 방사선을 센서 상에 포커스하도록 구성되는 렌즈들의 어레이; 및
렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란된 측정 방사선을 배타적으로 지향하도록 구성되는 분산 요소를 포함하는 메트롤로지 장치.
2. 1 항에 있어서, 렌즈들의 어레이는 구조체의 퓨필 평면 이미지들이 형성되는 평면에 위치되는 메트롤로지 장치.
3. 2 항에 있어서, 퓨필 평면 이미지가 렌즈들의 어레이 내의 렌즈들 중 어느 2 개에 중첩되는 방식으로 산란 측정 방사선이 렌즈들의 어레이에 입사하는 것을 방지하도록 구성되는 필터 시스템을 더 포함하는 메트롤로지 장치.
4. 3 항에 있어서, 필터 시스템은 렌즈들의 어레이와 정렬되는 대역 통과 필터들의 어레이를 포함하는 메트롤로지 장치.
5. 3 항 또는 4 항에 있어서, 렌즈들의 어레이에서 형성되는 퓨필 평면 이미지들의 직경은 렌즈들의 어레이의 각 렌즈의 직경의 25 % 내지 50 %인 메트롤로지 장치.
6. 1 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 정렬 상태로부터 제 2 정렬 상태로 선택적으로 스위칭하기 위해, 렌즈들의 어레이 및 분산 요소 중 하나 또는 둘 모두의 위치, 방위, 또는 위치와 방위를 조정하도록 구성되는 정렬 액추에이터를 더 포함하며:
제 1 정렬 상태에서, 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란 측정 방사선은 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 배타적으로 지향되고,
제 2 정렬 상태에서, 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란 측정 방사선은 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 배타적으로 지향되며, 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들은 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들과 상이한 메트롤로지 장치.
7. 6 항에 있어서, 정렬 액추에이터는 분산 요소를 회전시킴으로써 분산 요소의 방위를 조정하도록 구성되는 메트롤로지 장치.
8. 6 항 또는 7 항에 있어서,
퓨필 평면 이미지가 렌즈들의 어레이 내의 렌즈들 중 어느 2 이상에 중첩되는 방식으로 산란 측정 방사선이 렌즈들의 어레이에 입사하는 것을 방지하도록 구성되는 필터 시스템; 및
정렬 액추에이터에 의한 제 1 정렬 상태로부터 제 2 정렬 상태로의 스위칭에 응답하여 필터 시스템의 작동을 수정하도록 구성되는 필터 시스템 액추에이터를 포함하는 메트롤로지 장치.
9. 8 항에 있어서, 필터 시스템의 작동의 수정은 렌즈들의 어레이에 대한 대역 통과 필터들의 어레이의 정렬을 변화시키는 것을 포함하는 메트롤로지 장치.
10. 8 항 또는 9 항에 있어서, 필터 시스템의 작동의 수정은 대역 통과 필터들의 제 1 어레이를 대역 통과 필터들의 제 2 어레이로 대체하는 것을 포함하는 메트롤로지 장치.
11. 1 항 내지 10 항 중 어느 하나에 있어서, 분산 요소는 회절 격자 또는 프리즘을 포함하는 메트롤로지 장치.
12. 1 항 또는 11 항 중 어느 하나에 있어서, 렌즈들의 어레이는 규칙적인 어레이 내에 배치되는 복수의 렌즈들을 포함하는 메트롤로지 장치.
13. 1 항 내지 12 항 중 어느 하나에 있어서, 렌즈들의 어레이는 복수의 원통형 렌즈들을 포함하는 메트롤로지 장치.
14. 1 항 내지 13 항 중 어느 하나에 있어서, 산란된 측정 방사선에서 상이한 회절 차수들로부터 발생하는 방사선을 공간적으로 분리하여, 상이한 회절 차수들로부터의 방사선이 센서 상의 상이한 각 비-중첩 구역들에 지향되도록 구성되는 광학 웨지 요소를 더 포함하는 메트롤로지 장치.
15. 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 있어서, 복수의 비-중첩 파장 대역들을 포함하고, 퓨필 평면 이미지가 렌즈들의 어레이 내의 렌즈들 중 어느 2 개에 중첩되도록 하는 복수의 비-중첩 파장 대역들의 여하한의 쌍 사이에서의 여하한의 파장 대역을 포함하지 않는 측정 방사선으로 구조체를 조명하도록 구성되는 방사선 소스를 더 포함하는 메트롤로지 장치.
16. 리소그래피 시스템에 있어서:
리소그래피 공정을 수행하도록 구성되는 리소그래피 장치; 및
1 항 내지 15 항 중 어느 하나의 메트롤로지 장치를 포함하고,
리소그래피 장치는 후속한 리소그래피 공정을 수행하는 경우에 리소그래피 공정에 의해 형성되는 구조체의 메트롤로지 장치에 의한 측정의 결과를 사용하도록 구성되는 리소그래피 시스템.
17. 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성되는 구조체를 측정하는 방법에 있어서,
적어도 복수의 비-중첩 파장 대역들을 포함한 측정 방사선으로 구조체를 조명하는 단계;
구조체에 의한 측정 방사선의 산란 후 측정 방사선을 스펙트럼으로 분산시키도록 분산 요소를 사용하여, 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각으로부터의 산란된 측정 방사선을 배타적으로 지향하는 단계; 및
센서에서 렌즈들의 어레이의 각 렌즈로부터의 방사선을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
18. 17 항에 있어서, 제 1 정렬 상태로부터 제 2 정렬 상태로 선택적으로 스위칭하기 위해, 렌즈들의 어레이 및 분산 요소 중 하나 또는 둘 모두의 위치, 방위, 또는 위치와 방위를 조정하는 단계를 더 포함하며:
제 1 정렬 상태에서, 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란 측정 방사선은 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 배타적으로 지향되고,
제 2 정렬 상태에서, 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란 측정 방사선은 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 배타적으로 지향되며, 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들은 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들과 상이한 방법.
19. 18 항에 있어서, 퓨필 평면 이미지가 렌즈들의 어레이 내의 렌즈들 중 어느 2 개에 중첩되는 방식으로 산란 측정 방사선이 렌즈들의 어레이에 입사하는 것을 방지하도록 필터 시스템을 사용하는 단계; 및
제 1 정렬 상태로부터 제 2 정렬 상태로의 스위칭에 응답하여 필터 시스템의 작동을 수정하는 단계를 더 포함하는 방법.
20. 19 항에 있어서, 필터 시스템의 작동의 수정은 렌즈들의 어레이에 대한 대역 통과 필터들의 어레이의 정렬을 변화시키는 것을 포함하는 방법.
21. 19 항 또는 20 항에 있어서, 필터 시스템의 작동의 수정은 대역 통과 필터들의 제 1 어레이를 대역 통과 필터들의 제 2 어레이로 대체하는 것을 포함하는 방법.
22. 17 항 내지 21 항 중 어느 하나에 있어서, 산란된 측정 방사선에서 상이한 회절 차수들로부터 발생하는 방사선을 공간적으로 분리하여, 상이한 회절 차수들로부터의 방사선이 센서 상의 상이한 비-중첩 구역들에 지향되도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
23. 17 항 내지 22 항 중 어느 하나에 있어서, 복수의 비-중첩 파장 대역들을 포함하고, 퓨필 평면 이미지가 렌즈들의 어레이 내의 렌즈들 중 어느 2 개에 중첩되도록 하는 복수의 비-중첩 파장 대역들의 여하한의 쌍 사이에서의 여하한의 파장 대역을 포함하지 않는 측정 방사선으로 구조체가 조명되는 방법.
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, 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 교시 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 (15)
- 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성되는 구조체를 측정하는 메트롤로지 장치에 있어서,
상기 메트롤로지 장치는:
측정 방사선으로 상기 구조체를 조명하고 상기 구조체에 의해 산란되는 상기 측정 방사선을 검출하도록 구성되는 광학 시스템
을 포함하며, 상기 광학 시스템은:
산란된 측정 방사선을 센서 상에 포커스하도록 구성되는 렌즈들의 어레이; 및
상기 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 복수의 비-중첩 파장 대역(non-overlapping wavelength band)들 각각에서의 산란된 측정 방사선을 배타적으로 지향하도록 구성되는 분산 요소(dispersive element)
를 포함하는 메트롤로지 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 렌즈들의 어레이는 상기 구조체의 퓨필 평면 이미지(pupil plane image)들이 형성되는 평면에 위치되는 메트롤로지 장치. - 제 2 항에 있어서,
퓨필 평면 이미지가 상기 렌즈들의 어레이 내의 렌즈들 중 2 개에 중첩되는 방식으로, 산란된 측정 방사선이 상기 렌즈들의 어레이에 입사하는 것을 방지하도록 구성되는 필터 시스템을 더 포함하는 메트롤로지 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 필터 시스템은 상기 렌즈들의 어레이와 정렬되는 대역 통과 필터들의 어레이를 포함하는 메트롤로지 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 렌즈들의 어레이에서 형성되는 퓨필 평면 이미지들의 직경은 상기 렌즈들의 어레이의 각 렌즈의 직경의 25 % 내지 50 %인 메트롤로지 장치. - 제 1 항에 있어서,
제 1 정렬 상태로부터 제 2 정렬 상태로 선택적으로 스위칭(switch)하기 위해, 상기 렌즈들의 어레이 및 상기 분산 요소 중 하나 또는 둘 모두의 위치, 방위(orientation), 또는 위치와 방위를 조정하도록 구성되는 정렬 액추에이터를 더 포함하며:
상기 제 1 정렬 상태에서는, 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란된 측정 방사선이 상기 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 배타적으로 지향되고,
상기 제 2 정렬 상태에서는, 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란된 측정 방사선이 상기 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 배타적으로 지향되며, 상기 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들은 상기 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들과 상이한 메트롤로지 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 정렬 액추에이터는 상기 분산 요소를 회전시킴으로써 상기 분산 요소의 방위를 조정하도록 구성되는 메트롤로지 장치. - 리소그래피 시스템에 있어서:
리소그래피 공정을 수행하도록 구성되는 리소그래피 장치; 및
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 메트롤로지 장치
를 포함하고,
상기 리소그래피 장치는 후속한 리소그래피 공정을 수행하는 경우에 상기 리소그래피 공정에 의해 형성된 구조체의 상기 메트롤로지 장치에 의한 측정의 결과를 사용하도록 구성되는 리소그래피 시스템. - 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성되는 구조체를 측정하는 방법에 있어서,
적어도 복수의 비-중첩 파장 대역들을 포함한 측정 방사선으로 상기 구조체를 조명하는 단계;
상기 구조체에 의한 상기 측정 방사선의 산란 후 상기 측정 방사선을 스펙트럼으로 분산시키도록 분산 요소를 사용하여, 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 상기 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각으로부터의 산란된 측정 방사선을 배타적으로 지향하는 단계; 및
센서에서 상기 렌즈들의 어레이의 각 렌즈로부터의 방사선을 검출하는 단계
를 포함하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
제 1 정렬 상태로부터 제 2 정렬 상태로 선택적으로 스위칭하기 위해, 상기 렌즈들의 어레이 및 상기 분산 요소 중 하나 또는 둘 모두의 위치, 방위, 또는 위치와 방위를 조정하는 단계를 더 포함하며:
상기 제 1 정렬 상태에서는, 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란된 측정 방사선이 상기 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 배타적으로 지향되고,
상기 제 2 정렬 상태에서는, 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들 각각에서의 산란된 측정 방사선이 상기 렌즈들의 어레이의 상이한 각 렌즈 상으로 배타적으로 지향되며, 상기 제 1 복수의 비-중첩 파장 대역들은 상기 제 2 복수의 비-중첩 파장 대역들과 상이한 방법. - 제 10 항에 있어서,
퓨필 평면 이미지가 상기 렌즈들의 어레이 내의 렌즈들 중 2 개에 중첩되는 방식으로, 산란된 측정 방사선이 상기 렌즈들의 어레이에 입사하는 것을 방지하도록 필터 시스템을 사용하는 단계; 및
상기 제 1 정렬 상태로부터 상기 제 2 정렬 상태로의 스위칭에 응답하여 상기 필터 시스템의 작동을 수정하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 필터 시스템의 작동의 수정은 상기 렌즈들의 어레이에 대한 대역 통과 필터들의 어레이의 정렬을 변화시키는 것을 포함하는 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 필터 시스템의 작동의 수정은 대역 통과 필터들의 제 1 어레이를 대역 통과 필터들의 제 2 어레이로 대체하는 것을 포함하는 방법. - 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산란된 측정 방사선에서 상이한 회절 차수들로부터 발생하는 방사선을 공간적으로 분리하여, 상이한 회절 차수들로부터의 방사선이 상기 센서 상의 상이한 비-중첩 구역들에 지향되도록 하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조체는, 상기 복수의 비-중첩 파장 대역들을 포함하고, 퓨필 평면 이미지가 상기 렌즈들의 어레이 내의 렌즈들 중 2 개에 중첩되도록 하는 상기 복수의 비-중첩 파장 대역들의 쌍 사이에서의 파장 대역을 포함하지 않는 측정 방사선으로 조명되는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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