KR102388682B1 - 계측 방법 및 디바이스 - Google Patents

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예브게니이 콘스탄티노비치 스마레프
니테쉬 판데이
아만드 유진 알버트 쿨렌
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에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

본 발명의 검사 장치는, 계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이도록 구성된 대물렌즈; 회절 방사선을, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성 각각에 별도로 대응하고 양 및 음의 회절 차수에 별도로 대응하는 부분들로 분리하도록 구성된 광학 요소; 및 부분들을 개별적으로 그리고 동시에 측정하도록 구성된 검출기 시스템을 포함하고 있다.

Description

계측 방법 및 디바이스
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 9월 28일에 출원된 미국 가특허출원 제62/565,033호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의하여 디바이스의 제조에 사용될 수 있는 검사 (예를 들어, 계측)를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상 기판의 타겟 부분 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클로 지칭되는 패터닝 디바이스는 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 하나 또는 수 개의 다이의 일부를 포함하는) 타겟 부분 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응성 물질 (레지스트) 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 부분들의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC) 및 다른 디바이스의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)는 디바이스의 개별 층 ("디자인 레이아웃")에 대응하는 패턴을 포함하거나 제공할 수 있으며, 이 패턴은 패터닝 디바이스 상의 패턴을 통하여 타겟 부분을 조사하는 것과 같은 방법에 의하여, 방사선-감응성 물질 ("레지스트")의 층으로 코팅된 기판 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 타겟 부분 상으로 전사될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 복수의 인접한 타겟 부분을 포함하며, 패턴은 리소그래피 장치에 의해 한번에 하나의 타겟 부분으로 연속적으로 전사된다. 한 유형의 리소그래피 장치에서, 패턴은 한꺼번에 하나의 타겟 부분으로 전사된다; 이러한 장치는 일반적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)로 지칭된다. 일반적으로 스텝-앤-스캔(step-and-scan) 장치로 지칭되는 대안적인 장치에서, 투영 빔은 주어진 기준 방향 ("스캐닝" 방향)으로 패터닝 디바이스를 스캔하면서 기판을 이 기준 방향에 평행하게 또는 역-평행하게 동시에 이동시킨다. 패터닝 디바이스 상의 패턴의 상이한 부분들은 계속해서 하나의 타겟 부분으로 전사된다. 일반적으로, 리소그래피 장치는 배율 상수(magnification factor) M (일반적으로 <1)을 가질 것이기 때문에, 기판이 이동하는 속도 F는 빔이 패터닝 디바이스를 스캔하는 속도의 비율 M배일 것이다.
패턴을 패터닝 디바이스로부터 기판으로 전사하기 전에, 기판은 프라이밍(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 다양한 절차를 겪을 수 있다. 노광 후, 기판은 노광 후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 전사된 패턴의 측정/검사와 같은 다른 절차를 거칠 수 있다. 이 절차 어레이는 디바이스, 예를 들어 IC의 개별 층을 만들기 위한 기초로 사용된다. 기판은 그후 에칭, 이온-주입 (도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 연마 등과 같은 다양한 공정을 거칠 수 있으며, 이 모두는 디바이스의 개별 층을 마무리하기 위한 것이다. 디바이스에 여러 층이 필요한 경우, 전체 절차 또는 그의 변형이 각 층에 대해 반복된다. 결국, 디바이스는 기판 상의 각 타겟 부분에 존재할 것이다. 이 디바이스는 그후 다이싱(dicing) 또는 소잉(sawing)과 같은 기술에 의하여 서로 분리되며, 여기서 개별 디바이스들은 캐리어 상에 장착될 수 있거나, 핀 등에 연결될 수 있다.
언급된 바와 같이, 리소그래피는 IC 및 다른 장치의 제조에서 중심 단계이며, 여기서 기판 상에 형성된 패턴은 마이크로프로세서, 메모리 칩 등과 같은 디바이스의 기능적 요소를 한정한다. 평판 디스플레이, 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 및 다른 디바이스의 형성에도 유사한 리소그래피 기술이 사용된다.
리소그래피 공정 (즉, 전형적으로 레지스트의 현상, 에칭 등과 같은 하나 이상의 관련 처리 단계를 포함할 수 있는, 리소그래피 노광을 포함하는 디바이스 또는 다른 구조체를 현상하는 공정)에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위하여 생성된 구조체의 측정을 자주 하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위해 흔히 사용되는 주사 전자 현미경, 및 기판의 2개의 층의 오버레이, 정렬 정확도를 측정하기 위한 전문화된 툴을 포함하는, 이러한 측정을 하기 다양한 툴이 알려져 있다.
예를 들어, 상이한 측정 조건 (예를 들어, 상이한 측정 빔 파장, 상이한 측정 빔 편광 등) 하에서 계측 타겟의 측정을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상이한 측정 조건들 하에서 계측 타겟의 동시 측정을 가능하게 하는 장치 및 방법이 제공된다.
실시예에서, 계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이도록 구성된 대물렌즈; 회절 방사선을, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성 각각에 별도로 대응하고 양 및 음의 회절 차수에 별도로 대응하는 부분들로 분리하도록 구성된 광학 요소; 및 부분들을 별도로 그리고 동시에 측정하도록 구성된 검출기 시스템을 포함하는 검사 장치가 제공된다.
실시예에서, 계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이는 단계; 회절 방사선을, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성 각각에 그리고 양 및 음의 회절 차수에 대응하는 부분들로 분리하는 단계; 및 부분들을 별도로 그리고 동시에 측정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
실시예에서, 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하는 계측 타겟을 조명 빔 스폿으로 조명하는 것-스폿 내에는, 스폿 내의 특정 방향을 따라 단지 한 유형의 주기적 구조체가 있음-; 계측 타겟으로부터 방사선을 받아들이는 단계; 및 받아들여진 방사선을 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성의 각각에 대응하는 부분들로 분리하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
양태에서, 프로세서 시스템이 위에서 설명된 방법의 수행을 야기하게 하는 기계-판독 가능한 명령어를 포함하는 비-일시적 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 양태에서, 명령어가 기록된 컴퓨터 비일시적 판독 가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되며, 명령어는 컴퓨터에 의하여 실행될 때 본 명세서에서 설명된 방법 또는 하나 이상의 공정 단계를 구현한다. 실시예에서, 명령어가 기록된 컴퓨터 비일시적 판독 가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되며, 이 명령어는 컴퓨터에 의해 실행될 때 본 명세서에 설명된 바와 같은 방법을 구현한다.
양태에서, 패터닝 공정의 대상물을 측정하기 위한 계측 장치가 제공되며, 계측 장치는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 구성되어 있다. 양태에서, 패터닝 공정의 대상물을 검사하기 위한 검사 장치가 제공되며, 검사 장치는 본 명세서에 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 작동 가능하다.
양태에서, 방사선의 빔을 대상물 표면 상으로 제공하도록 그리고 대상물 표면 상의 구조체에 의하여 재지향된 방사선을 검출하도록 구성된 계측 장치; 및 본 명세서에서 설명된 바와 같은 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 시스템이 제공된다. 실시예에서, 시스템은 방사선 빔을 변조하기 위한 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성된 지지 구조체 및 변조된 방사선 빔을 방사선-감응 기판 상으로 투영하도록 배열된 투영 광학 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 더 포함하며, 여기서 대상물은 기판이며 리소그래피 장치는 계측 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품을 사용하여 획득된 정보에 기초하여 리소그래피 장치의 설정을 제어하도록 구성되어 있다.
실시예에서, 하드웨어 프로세서 시스템; 및 기계-판독 가능한 명령어를 저장하도록 구성된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 시스템이 포함되며, 여기서 실행될 때, 기계-판독 가능 명령어는 하드웨어 프로세서 시스템이 본 명세서에 설명된 바와 같은 방법을 수행하게 한다.
본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작뿐만 아니라 본 발명의 실시예의 특징 및/또는 장점이 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 상세히 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예에 제한되지 않는다는 점이 주목된다. 이러한 실시예는 단지 예시의 목적으로 제시된다. 부가적인 실시예는 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 관련 분야(들)의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다.
이제 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 개략적으로 도시하고 있다.
도 3a는 특정 조명 모드를 제공하는 제1 조명 개구 쌍을 이용하여 실시예에 따른 타겟을 측정하는데 사용하기 위한 예시적인 검사 장치의 개략적인 도면이다.
도 3b는 주어진 조명 방향에 대한 타겟의 회절 스펙트럼의 개략적인 상세도이다.
도 4a는 다중 주기적 구조체 (예를 들어, 다중 격자) 타겟의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 개요를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4b는 도 3의 장치에서 획득된 도 4a의 타겟의 이미지를 개략적으로 도시하고 있다.
도 5는 도 3a에 도시된 바와 같은 검사 장치의 실시예의 특정 세부 사항을 개략적으로 도시하고 있다.
도 6은 검사 장치의 일부의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 7은 계측 타겟의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 8은 계측 타겟의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 9는 계측 타겟의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 10은 계측 타겟의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 11은 계측 타겟의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 12는 검사 장치의 일부의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 13은 검사 장치의 검출기에 의한 검출의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 14는 검사 장치의 일부의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 15는 검사 장치의 일부의 실시예의 사용을 개략적으로 도시하고 있다.
실시예를 상세하게 설명하기 앞서, 실시예가 구현될 수도 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 본 장치는 방사선 빔(B) (예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조정하도록 구성된 조명 시스템 (일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정의 매개변수에 따라 패터닝 디바이스를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결되어 있는 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판 (예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정의 매개변수에 따라 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결되어 있는 기판 테이블 (예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 타겟 부분(C) 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템 (예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)을 포함하고 있다.
조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광학 구성 요소들, 또는 그들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기 또는 다른 클램핑 기술을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정될 수 있거나 이동 가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스가, 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있는 것을 보장할 수 있다. 본 명세서 내에서의 용어 "레티클" 또는 "마스크"의 임의의 사용은 보다 일반적인 용어 "패터닝 디바이스"와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "패터닝 디바이스"는 기판의 타겟 부분에 패턴을 생성하기 위해 방사선 빔의 횡단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상-시프트 피처 또는 소위 어시스트 피처(assist features)를 포함하는 경우, 기판의 타겟 부분 내의 원하는 패턴에 정확하게 대응하지 않을 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같은, 타겟 부분에 생성되는 디바이스 내의 특정 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이, 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary), 교번 위상-시프트 및 감쇠 위상-시프트와 같은 마스크 유형뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 유형을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예는 소형 미러의 매트릭스 배열체를 이용하며, 소형 미러의 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키기 위하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
도면에서 도시된 바와 같이, 본 장치는 (예를 들어, 투과형 마스크를 이용하는) 투과형 유형이다. 대안적으로, 본 장치는 (예를 들어, 위에서 지칭된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 이용하거나, 또는 반사 마스크를 이용하는) 반사 유형일 수 있다.
리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물에 의해 덮일 수 있는 유형일 수 있다. 침지 액체는 또한 리소그래피 장치의 다른 공간, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술 분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "침지"는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야만 한다는 것을 의미하는 것이 아니라, 단지 노광 동안 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터의 방사선 빔을 받아들인다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스와 리소그래피 장치는 별개의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 나아간다. 다른 경우에, 소스는 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일체로 된 부분일 수 있다. 소스(SO)와 일루미네이터(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 및/또는 공간 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외부 및/또는 내부 반경 방향 범위 (일반적으로 σ-외부 및 σ-내부로 각각 지칭됨)가 조절될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 집속기(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 다양한 다른 구성 요소를 포함할 수 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 횡단면에서의 원하는 균일성과 세기 분포를 갖도록, 방사선 빔을 조정하는데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되는 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크(MA))에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로지른 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 투영 시스템(PS)은 빔을 기판(W)의 타겟 부분(C) 상으로 집속한다. 제2 포지셔너(PW) 및 위치 센서(IF) (예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량형 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟 부분(C)을 위치시키기 위해, 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1 포지셔너(PM) 및 (도 1에는 명확하게 도시되지 않은)는 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 검색 후, 또는 스캔 중에, 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 정확히 위치시키기 위해 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같은 기판 정렬 마크가 전용 타겟 부분을 점유하고 있지만, 이들은 타겟 부분들 사이의 공간 내에 위치될 수 있다 (이들은 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다). 유사하게, 하나 이상의 다이가 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA) 상에 제공되는 상황에서, 마스크 정렬 마크는 다이들 사이에 위치될 수 있다. 작은 정렬 마커는 또한 디바이스 피처들 중 다이 내에 포함될 수 있으며, 이 경우 마커는 가능한 한 작고 인접한 피처와는 임의의 상이한 이미징 또는 공정 조건을 요구하지 않는다는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출할 수 있는 정렬 시스템의 실시예가 아래에서 더 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(WTa)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 반면, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한꺼번에 타겟 부분(C) 상으로 투영된다 (즉, 단일 정적 노광). 기판 테이블(WTa)은 이후 상이한 타겟 부분(C)이 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광에서 이미징된 타겟 부분(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 부분(C) 상으로 투영되는 동안 동시에 스캐닝된다 (즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WTa)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 (축소) 배율 및 이미지 반전 특성에 의해 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광에서의 타겟 부분의 (비-스캐닝 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 움직임의 길이는 타겟 부분의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 다른 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 부분(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WTa)은 이동되거나 또는 스캐닝된다. 이 모드에서, 일반적으로 펄스 방사선 소스가 사용되며, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WTa)의 각 이동 후에 또는 스캔 동안의 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 동작 모드는 위에서 지칭된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이와 같은, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크리스 리소그래피 (maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
위에서 설명된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형 또는 완전히 다른 사용 모드가 또한 사용될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 2개의 테이블(WTa, WTb) (예를 들어, 2개의 기판 테이블) 및 사이에서 테이블들이 교환될 수 있는 2개의 스테이션 -노광 스테이션 및 측정 스테이션-을 갖는 소위 듀얼 스테이지 유형이다. 예를 들어, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상에 로딩될 수 있으며 다양한 준비 단계가 수행될 수 있다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 것 및 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마크의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 양 센서는 기준 프레임에 의하여 지지된다. 위치 센서(IF)가 테이블이 노광 스테이션뿐만 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 테이블의 위치를 측정할 수 없다면, 테이블의 위치가 양 스테이션에서 추적될 수 있도록 제2 위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 예로서, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 기판이 없는 다른 테이블은 (선택적으로 측정 활동이 발생할 수 있는) 측정 스테이션에서 대기한다. 이 다른 테이블은 하나 이상의 측정 디바이스를 가지며 선택적으로 다른 툴 (예를 들어, 세정 장치)을 가질 수 있다. 기판이 노광을 완료하면, 기판이 없는 테이블은 노광 스테이션으로 이동하여, 예를 들어 측정을 수행하며, 기판을 갖는 테이블은 기판이 언로딩되고 다른 기판이 로딩되는 위치 (예를 들어, 측정 스테이션)로 이동한다. 이러한 다중 테이블 배열체는 장치의 처리량의 상당한 증가를 가능하게 한다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 리소클러스터(lithocluster)라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성하며, 이는 또한 기판 상에 하나 이상의 노광 전 및 노광 후 공정을 수행하기 위한 장치를 포함하고 있다. 통상적으로 이들은 레지스트 층을 증착시키기 위한 하나 이상의 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 하나 이상의 현상기(DE), 하나 이상의 냉각 플레이트(CH) 및 하나 이상의 베이크 플레이트(BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 기판을 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 픽업하고 이를 상이한 공정 디바이스들 사이에서 이동시키며, 이를 리소그래피 장치의 로딩 베이(LB)로 전달한다. 흔히 통칭하여 트랙으로 지칭되는 이 장치들은 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있으며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 따라서, 상이한 장치가 처리량 및 처리 효율을 최대화하도록 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 노광된 기판을 검사하여 후속 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일 배치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되기에 충분한 정도로 검사가 곧바로 신속하게 행해질 수 있다면, 하나 이상의 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 (수율을 개선하기 위하여) 스트리핑되고 재작업되거나, 폐기될 수 있으며, 이에 의하여 결함이 있는 것으로 알려진 기판에 노광을 수행하는 것을 회피할 수 있다. 기판의 일부 타겟 부분에만 결함이 있는 경우, 양호한 타겟 부분에 대해서만 추가 노광이 수행될 수 있다. 다른 가능성은 후속 공정 단계의 설정을 조정하여 오차를 보상하는 것이다. 예를 들면, 트림 에칭 단계의 시간이 조정되어 리소그래피 공정 단계에서 발생하는 기판-대-기판 CD 변화를 보상할 수 있다.
기판의 하나 이상의 특성, 및 특히 상이한 기판 또는 동일 기판의 상이한 층의 하나 이상의 특성이 층에 따라 및/또는 기판에 걸쳐 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 검사 장치가 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있거나 독립형 장치일 수 있다. 가장 빠른 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치가 노광 직후 노광된 레지스트 층 내의 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나 레지스트 내의 잠상은 매우 낮은 콘트라스트를 가지며-방사선에 노광된 레지스트의 부분과 그렇지 않은 부분 간의 매우 작은 굴절률 차이만이 존재함- 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행하기에 충분한 감도를 갖지는 않는다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인 노광 후 베이크 단계(PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠상으로서 지칭될 수 있다. 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하는 것이 또한 가능하다 -이 시점에서 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나가 제거된다-. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히, 예를 들어 공정 제어의 목적에 유용한 정보를 제공할 수 있다.
일반적인 산란계에 의해 사용되는 타겟은 (예를 들어, 하나 이상의 격자를 포함하는) 비교적 큰, 예를 들어 40㎛ × 40㎛의 주기적 구조체 레이아웃을 포함하고 있다. 이 경우, 측정 빔은 보통 주기적 구조체 레이아웃보다 작은 스폿 크기를 갖는다 (즉, 하나 이상의 주기적 구조체가 스폿에 의해 완전히 커버되지 않도록 레이아웃은 언더필(underfilled)된다). 타겟은 무한한 것으로 간주될 수 있음에 따라 이는 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다. 그러나 예를 들어, 타겟이 스크라이브 레인 내가 아닌 제품 피처들 사이에 위치될 수 있도록, 타겟의 크기는 예를 들어, 20 ㎛×20 ㎛ 이하로, 또는 10 ㎛×10 ㎛ 이하로 감소되었다. 이 상황에서, 주기적 구조체 레이아웃은 측정 스폿보다 작게 만들어질 수 있다 (즉, 주기적 구조체 레이아웃은 오버필(overfilled)된다). 일반적으로 이러한 타겟은 (정반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고 더 높은 차수만이 처리되는 다크 필드 스케터로메트리(scatterometry)를 사용하여 측정된다. 다크 필드 계측의 예가 PCT 특허출원공고 WO2009/078708 및 WO2009/106279에서 찾을 수 있으며, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 이 기술의 추가 개발안이 미국특허출원 공개 US2011-0027704, US2011-0043791 및 US2012-0242970에 설명되어 있으며, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 회절 차수의 다크-필드 검출을 이용한 회절 기반 오버레이는 더 작은 타겟 상에서의 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이 타겟은 조명 스폿보다 작을 수 있으며 기판 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수 있다. 실시예에서, 다수의 타겟은 하나의 이미지에서 측정될 수 있다.
실시예에서, 기판 상의 타겟은 하나 이상의 1-D 주기적 격자를 포함할 수 있으며, 이들은 현상 후에 바아(bar)가 고형 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 인쇄된다. 실시예에서, 타겟은 하나 이상의 2-D 주기적 격자를 포함할 수 있으며, 이들은 현상 후에 하나 이상의 격자가 레지스트에 고형 레지스트 필러(pillar) 또는 비아(via)로 형성되도록 인쇄된다. 바아, 필러, 또는 비아는 대안적으로 기판 내로 에칭될 수 있다. 격자의 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL) 내의 색수차에 민감하며, 조명 대칭 및 이러한 수차의 존재는 인쇄된 격자의 변화에서 나타날 것이다. 따라서, 인쇄된 격자의 측정된 데이터는 격자를 재구성하는데 사용될 수 있다. 선 폭 및 형상과 같은, 1-D 격자의 매개변수, 또는 필러 또는 비아 폭, 또는 길이 또는 형상과 같은, 2-D 격자의 매개변수는 인쇄 단계 및/또는 기타 측정 공정의 정보(knowledge)로부터, 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 입력될 수 있다.
도 3a는 예를 들어 소위 다크-필드 이미징 계측을 구현하는 검사 장치의 요소를 개략적으로 보여주고 있다. 이 장치는 독립형 디바이스일 수 있거나, 예를 들어 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 여러 브랜치(branches)를 갖는 광학 축은 점선(O)으로 표시된다. 타겟 주기적 구조체(T) 및 회절 광선이 도 3b에 보다 상세하게 도시되어있다.
도입부에서 인용된 종래의 특허 출원 공보에서 설명된 바와 같이, 도 3a의 장치는 분광 산란계 대신에 또는 그에 더하여 사용될 수 있는 다목적 각도-분해 산란계의 일부일 수 있다. 이러한 유형의 검사 장치에서, 방사선 소스(11)에 의해 방출된 방사선은 조명 시스템(12)에 의해 조정된다. 예를 들어, 조명 시스템(12)은 시준 렌즈 시스템(12a), 컬러 필터(12b), 편광기(12c) 및 개구 디바이스(13)를 포함할 수 있다. 조정된 방사선은 조명 경로(IP)를 따르며, 여기서 방사선은 부분 반사 표면(15)에 의하여 반사되며 대물렌즈(16)를 통해 기판(W) 상의 스폿(S)으로 집속된다. 계측 타겟(T)이 기판(W) 상에 형성될 수 있다. 대물렌즈(16)는 현미경 대물렌즈와 형태가 유사할 수 있지만, 예를 들어 높은 개구수(NA), 예를 들어 적어도 0.9 또는 적어도 0.95의 개구수를 갖고 있다. 침지 유체는 원하는 경우 1 이상의 개구수를 얻기 위해 사용될 수 있다.
이 예에서의 대물렌즈(16)는 또한 타겟에 의해 산란된 방사선을 수집하는 역할을 한다. 복귀 방사선에 대한 수집 경로(CP)가 개략적으로 도시되어 있다. 다목적 산란계는 수집 경로에 2개 이상의 측정 브랜치(branches)를 가질 수 있다. 도시된 예는 퓨필 이미징 광학 시스템(18) 및 퓨필 이미지 센서(19)를 포함하는 퓨필 이미징 브랜치를 갖고 있다. 이미징 브랜치가 또한 보여지고 있으며, 이는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 부가적으로, 추가적인 광학 시스템 및 브랜치는 실제 장치에 포함되어, 예를 들어 세기 정규화를 위해, 캡처 타겟의 개략적인(coarse) 이미징을 위해, 집속 등을 위해 기준 방사선을 수집할 것이다. 이의 세부 사항은 위에서 언급된 이전 공보에서 찾아질 수 있다.
계측 타겟(T)이 기판(W) 상에 제공되는 경우, 타겟은 1-D 주기적 구조체 (예를 들어, 격자)일 수 있으며, 이는 현상 후에 바아가 고형 레지스트 라인으로 형성되도록 인쇄된다. 타겟은 2-D 주기적 구조체일 수 있으며, 이는 현상 후에 주기적 구조체가 레지스트 내의 고형 레지스트 필러 또는 비아로 형성되도록 인쇄된다. 바아, 필러 또는 비아는 대안적으로 기판 내로 에칭될 수 있다. 이 주기적 구조체들의 각각은 그 특성이 검사 장치를 사용하여 조사될 수 있는 타겟 구조체의 예이다. 오버레이 계측 타겟의 경우, 주기적 구조체는 이전 패터닝 단계에 의해 형성된 다른 주기적 구조체의 최상부 상에 인쇄되거나 다른 주기적 구조체와 인터리브(interleaved)된다.
조명 시스템(12)의 다양한 구성 요소는 동일한 장치 내에서 상이한 계측 "레시피"를 구현하도록 조정 가능할 수 있다. 조명 방사선의 특성으로서 파장(색) 및 편광을 선택하는 것 외에도, 조명 시스템(12)은 상이한 조명 프로파일을 구현하도록 조정될 수 있다. 개구 디바이스(13)의 평면은 대물렌즈(16)의 퓨필 평면과 그리고 퓨필 이미지 검출기(19)의 평면에 공액(conjugate)이다. 따라서, 개구 디바이스(13)에 의해 한정된 조명 프로파일은 스폿(S)에서 기판(W)에 입사되는 방사선의 각도 분포를 한정한다. 상이한 조명 프로파일을 구현하기 위해, 개구 디바이스(13)가 조명 경로에 제공될 수 있다. 개구 디바이스는 가동 슬라이드 또는 휠에 탑재된 상이한 개구(13a, 13b, 13c) 등을 포함할 수 있다. 이는 대안적으로 고정된 또는 프로그램 가능한 공간 광 변조기(SLM)를 포함할 수 있다. 다른 대안으로서, 광섬유들은 조명 퓨필 평면 내의 상이한 위치들에 배치될 수 있으며, 각각의 위치에서 방사선을 전달하거나 방사선을 전달하지 않도록 선택적으로 사용될 수 있다. 이 변형들은 모두 위에서 인용된 문서에서 논의되고 예시된다. 개구 디바이스는 투과성보다는 반사 형태일 수 있다. 예를 들어, 반사형 SLM이 사용될 수 있다. 실제로, UV 또는 EUV 파장 대역에서 작동하는 검사 장치에서, 대부분 또는 모든 광학 요소는 반사형일 수 있다.
조명 모드에 따라, 예시적인 광선(30a)은 입사각이 도 3b의 T에서 도시되는 바와 같도록 제공될 수 있다. 타겟(T)에 의해 반사된 0차 광선의 경로는 (광학 축 "O"와 혼동되지 않도록) "0"으로 표시된다. 유사하게, 동일 조명 모드 또는 제2 조명 모드에서, 광선(30b)이 제공될 수 있으며, 이 경우 입사각과 반사각은 제1 모드와 비교하여 스왑될(swapped) 것이다. 도 3a에서, 제1 및 제2 예시적인 조명 모드의 0차 광선은 각각 0a 및 0b로 표시되어 있다.
도 3b에서 보다 상세하게 보여지는 바와 같이, 타겟 구조체의 예로서 타겟 주기적 구조체(T)는 대물렌즈(16)의 광학 축(O)에 수직인 기판(W)과 함께 배치된다. 축외(off-axis) 조명 프로파일의 경우, 축(O)에서 벗어난 각도에서 주기적 구조체(T)에 충돌하는 조명(I)의 광선(30a)은 0차 광선 (실선 0) 및 2개의 1차 광선 (일점 쇄선 +1 및 이점 쇄선 -1)을 발생시킨다. 오버필된 소형 타겟 주기적 구조체의 경우에, 이 광선들은 계측 타겟 주기적 구조체(T) 및 다른 피처를 포함하는 기판의 구역을 덮는 많은 평행 광선 중 단지 하나일 뿐이라는 점이 기억되어야 한다. 조명 광선(30a)의 빔이 (광의 유용한 양을 허용하기에 필요한) 유한한 폭을 갖고 있기 때문에, 입사 광선(I)은 사실상 각도의 일정한 범위를 차지할 것이며, 회절 광선 0 및 +1/-1은 어느 정도 확산될 것이다. 소형 타겟의 점 확산 함수에 따라서, 각 차수 +1 및 -1의 회절 방사선은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아니라 각도의 일정 범위에 걸쳐 더 확산될 것이다
타겟이 다수의 주기적 구조체를 갖고 있는 경우, 그러면 이들의 각각은 1차 및 더 높은 차수의 회절 광선을 발생시킬 것이며, 이는 도면(page) 안쪽으로의 또는 밖으로의 방향일 수 있다. 도 3b의 예는 단순함을 위하여 단지 1차원 격자를 설명하고 있다.
다크-필드 이미징을 위한 수집 경로의 브랜치에서, 이미징 광학 시스템(20)은 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 센서(23) (예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 형성한다. 대물렌즈(16)의 퓨필 평면에 공액인 수집 경로(CP)의 이미징 브랜치에서의 평면에 구경 조리개(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는 퓨필 스톱(pupil stop)이라고도 불릴 수 있다. 조명 개구가 다른 형태를 가질 수 있는 것처럼 구경 조리개(21)는 다른 형태를 취할 수 있다. 구경 조리개(21)는 렌즈(16)의 유효 개구(16)와 함께 산란 방사선의 어느 부분이 센서(23) 상에 이미지를 생성하는데 사용되는지를 결정한다. 통상적으로, 구경 조리개(21)는 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지가 일차 빔(들)으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 양 1차 빔들이 조합되어 이미지를 형성하는 예에서, 이것은 다크-필드 현미경 검사와 균등한 소위 다크-필드 이미지일 것이다.
센서(23)에 의해 캡처된 이미지는 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)로 출력되며, 그들이 기능은 수행되는 특정 유형의 측정에 의존할 것이다. 본 목적을 위하여, 타겟 구조체의 비대칭 측정이 수행된다. 비대칭 측정은 타겟 구조체의 정보와 조합되어 이를 형성하기 위해 사용되는 리소그래피 공정의 성능 매개변수의 측정치를 얻을 수 있다. 이러한 방식으로 측정될 수 있는 하나 이상의 성능 매개변수는 예를 들어 오버레이, 초점 및/또는 선량을 포함한다. 상이한 성능 매개변수의 측정이 동일한 기본적인 비대칭 측정 방법을 통하여 이루어지도록 타겟의 특수한 디자인이 제공된다.
프로세서 및 컨트롤러(PU)는 또한 조명 특성 (예를 들어, 편광, 파장 등)을 제어하기 위해 그리고 개구 디바이스(13) 또는 프로그램 가능한 공간 광 변조기 (방사선 세기 분포 및/또는 방사선 입사각을 한정할 수 있는)를 사용하여 개구를 선택하기 위해, λ 및 AP와 같은 제어 신호를 생성한다. 구경 조리개(21) 또한 동일한 방식으로 제어될 수 있다. 이 조명 및 검출의 매개변수의 각각의 조합은 이루어질 측정을 위한 "레시피"로 간주된다.
도 3b 및 조명 광선(30a)을 다시 참조하면, 타겟 주기적 구조체로부터 +1차 회절 광선은 대물렌즈(16)로 들어가 센서(23)에서 기록되는 이미지에 기여할 것이다. 광선(30b)은 광선(30a)과 반대인 각도로 입사하며, 따라서 -1차 회절 광선은 대물렌즈에 진입하고 이미지에 기여한다. 축외 조명을 사용하는 경우, 구경 조리개(21)는 0차 방사선을 차단한다. 선행 공보에서 설명된 바와 같이, 조명 모드는 X 및 Y 방향으로 축외 조명으로 한정될 수 있다.
도 3a의 개구 디바이스(13)의 개구(13c, 13e 및 13f)는 X 및 Y 양 방향의 축외 조명을 포함하며, 본 발명을 위하여 특히 관심이 있다. 개구(13c)는 세그먼트형 조명 프로파일로 지칭될 수 있는 것을 생성하며, 예를 들어 아래에 설명되는 세그먼트형 프리즘(22)에 의해 한정된 세그먼트형 개구와 조합하여 사용될 수 있다. 개구(13e 및 13f)는 예를 들어, 앞서 언급된 특허 출원 공보의 일부에서 설명된 방식으로 축상 개구 조리개(21)와 조합하여 사용될 수 있다.
이 상이한 조명 모드들 하에서 타겟 주기적 구조체의 이미지들을 비교함으로써, 비대칭 측정치가 획득될 수 있다. 대안적으로, 비대칭 측정치는 동일한 조명 모드를 유지하지만 타겟을 회전시킴으로써 획득될 수 있다. 축외 조명이 보여지고 있지만, 타겟의 축상 조명이 대신 사용될 수 있으며 변경된 축외 개구 조리개(21)가 사용되어 실질적으로 하나의 1차 회절 방사선만을 센서로 나아가게 할 수 있다. 추가 예에서, 세그먼트형 프리즘(22)은 축상(on-axis) 조명 모드와 함께 사용된다. 세그먼트형 프리즘(22)은 개별 축외 프리즘들의 조합으로 간주될 수 있으며, 원한다면 함께 장착된 한 세트의 프리즘으로 구현될 수 있다. 이 프리즘은 각 사분면(quadrant)에서 광선이 각도를 통해 약간 편향되는 세그먼트형 개구를 한정한다. 퓨필 평면에서의 이 편향은 이미지 평면에서 각 방향으로 +1 및 -1차 차수를 공간적으로 분리하는 효과가 있다. 다시 말해서, 각 회절 차수 및 방향의 방사선은 센서(23) 상의 상이한 위치로 이미지를 형성하여, 2개의 순차적 이미지 캡처 단계의 필요없이 검출되고 비교될 수 있다. 실질적으로, 이미지 센서(23) 상의 분리된 위치들에 개별 이미지들이 형성된다. 도 3a에서, 예를 들어, 조명 광선(30a)으로부터의 +1차 회절을 사용하여 만들어진 이미지(T'(+la))는 조명 광선(30b)으로부터의 -1차 회절을 사용하여 만들어진 이미지(T'(-lb))에서 공간적으로 분리된다. 이 기술은 미국 특허 출원 공보 US2011-0102753에 개시되어 있으며, 그 내용은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. (도 3에서 보여지지 않는) 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔은 1차 빔 대신에 또는 그에 더하여 측정에 사용될 수 있다. 추가 변형으로서, 축외 조명 모드는 일정하게 유지될 수 있는 반면에, 타겟 자체는 대물렌즈(16) 아래로 180도 회전되어 반대 회절 차수를 사용하여 이미지를 캡처한다.
이 기술들 중 어느 것이 사용되든지, 본 발명은 2개의 방향, 예를 들어 X 및 Y로 불리는 직교 방향들로 회절된 방사선이 동시에 캡처되는 방법에 적용된다.
일반적인 렌즈 기반 이미징 시스템이 도시되어 있지만, 본 명세서에 개시된 기술은 플렌옵틱(plenoptic) 카메라 및 소위 "렌즈가 없는(lensless)" 또는 "디지털" 이미징 시스템과 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 회절 방사선을 위한 처리 시스템의 일부가 광학 영역(domain)에서 구현되고 전자 및 소프트웨어 영역에서 구현되는, 디자인 선택의 폭이 넓다.
비대칭의 측정치(A)는 +1 및 -1 회절 차수에 대한 검출된 방사선의 세기들로부터 계산될 수 있다. 하기 식에서:
Figure 112020032327744-pct00001
비대칭 측정치는 +1 및 -1차 차수에 대해 측정된 세기들의 차이로 계산된다. 각 세기 측정치(I)에 대해 아래 첨자는 회절 차수(+1 또는 -1)를 나타낸다.
도 4a는 공지된 실시에 따라 기판 상에 형성된 예시적인 복합 타겟을 도시하고 있다. 복합 타겟은 4개의 주기적 구조체 (이 경우, 격자)(32 내지 35)를 포함하고 있다. 실시예에서, 주기적 구조체들은 모두가 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(S, 31) 내에 있도록 충분히 서로 밀접하게 위치된다. 이 경우, 4개의 주기적 구조체는 따라서 센서(19) 및/또는 센서(23) 상에서 모두 동시에 조명되고 동시에 이미지화된다. 오버레이 측정에 전용인 예에서, 주기적 구조체(32 내지 35)는 그 자체가 주기적 구조체를 위에 놓음으로써 형성된 복합 주기적 구조체 (예를 들어, 복합 격자)이며, 즉 주기적 구조체는 기판(W) 상에 형성된 디바이스의 상이한 층에 패터닝되며 따라서 하나의 층 내의 하나 이상의 주기적 구조체는 다른 층에서 하나 이상의 주기적 구조체를 덮는다(overlay). 이러한 타겟은 20 ㎛ × 20 ㎛ 내의 또는 16 ㎛ × 16 ㎛ 내의 외부 치수를 가질 수 있다. 또한, 모든 주기적 구조체는 특정 쌍의 층 사이의 오버레이를 측정하는데 사용된다. 　타겟이 한 쌍의 이상의 층을 측정할 수 있는 것을 용이하게 하도록, 복합 주기적 구조체의 상이한 부분들이 형성된 상이한 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위하여 주기적 구조체(32 내지 35)는 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수 있다. 따라서, 기판 상의 타겟에 대한 모든 주기적 구조체는 한 쌍의 층을 측정하는데 사용될 것이고, 기판 상의 다른 동일한 타겟에 대한 모든 주기적 구조체는 다른 쌍의 층을 측정하는데 사용될 것이며, 여기서 상이한 바이어스는 층 쌍들 간의 구별을 용이하게 한다.
도 4a로 되돌아가면, 입사 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절시키기 위하여, 도시된 바와 같이 주기적 구조체(32, 33, 34, 35)는 또한 그들의 배향이 상이할 수 있다. 일 예에서, 주기적 구조체(32 및 34)는 +d, -d의 바이어스를 각각 갖는 X-방향 주기적 구조체이다. 주기적 구조체(33 및 35)는 오프셋 +d 및 -d를 각각 갖는 Y-방향 주기적 구조체일 수 있다. 바이어스 +d는 주기적 구조체들 중 적어도 하나가, 주기적 구조체들 모두가 그들의 공칭 위치에서 정확하게 인쇄된 경우 구성 요소들 중 하나가 다른 구성 요소에 대해 거리 d만큼 오프셋되도록 배열된 그의 구성 요소를 갖는다는 것을 의미한다. 바이어스 -d는 오버레이 주기적 구조체가, 완전하게 인쇄된 경우 d의 그러나 제1주기적 구조체에 반대 방향으로 오프셋이 있도록 배열된 그의 구성 요소를 갖는다는 것을 의미한다. 4개의 주기적 구조체가 도시되어 있지만, 다른 실시예는 원하는 정확도를 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 9개의 복합 주기적 구조체의 3×3 어레이는 바이어스 -4d, -3d, -2d, -d, 0, + d, +2d, +3d, +4d를 가질 수 있다. 이 주기적 구조체의 개별 이미지는 센서(23)에 의해 캡처된 이미지에서 식별될 수 있다.
도 4b는 도 3a의 장치에서 도 4a의 타겟을 사용하여, 센서(23) 상에 형성되고 이 센서에 의하여 검출될 수 있는 이미지의 예를 보여주고 있다. 퓨필 이미지 센서(19)는 상이한 개별적인 주기적 구조체(32 내지 35)를 분해(resolve)할 수 없지만, 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 40으로 표시된 어두운 사각형은 센서(23) 상의 이미지의 필드를 나타내며, 그 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31, S)은 대응하는 원형 구역(41) 내로 이미징된다. 이 안에서, 직사각형 구역(42 내지 45)은 소형 타겟 주기적 구조체(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 주기적 구조체가 제품 구역 내에 있는 경우, 제품 피처 또한 이 이미지 내에서 가시적일 수 있다. 이미지 프로세서와 컨트롤러(PU)는 이 이미지를 처리하여 주기적 구조체(32 내지 35)의 개별 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이는 패턴 매칭 기술에 의해 수행될 수 있으며, 따라서 이미지는 센서 프레임 내의 특정 위치에서 매우 정확하게 정렬될 필요가 없다. 이러한 방식으로 정확한 정렬의 필요성을 줄이는 것은 일률적으로 측정 장치의 처리량을 크게 개선한다. 그러나 이미징 공정이 이미지 필드에 걸쳐 불균일성을 받는다면, 위치 변화는 측정 결과의 부정확성을 야기할 수 있다. 광학 경로 내의 다양한 구성 요소의 특성뿐만 아니라 조명의 세기 그리고 검출의 민감도도 이미지 필드에 걸쳐 달라질 수 있다. 미국 특허 출원 공개 US 2012-0242970에서는, 센서(23)의 필드 내에서 각 주기적 구조체 이미지가 관찰되는 위치에 따라, 측정된 세기의 보정이 이루어진다. 이러한 보정은 본 발명의 기술에도 적용될 수 있다.
주기적 구조체의 개별 이미지가 식별되면, 예를 들어, 식별된 구역 내의 선택된 픽셀 세기 값을 평균화 또는 합산함으로써 이 개별 이미지의 세기가 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 특성은 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 매개변수들을 측정하기 위해 조합될 수 있다. 주기적 구조체 타겟의 비대칭을 측정함으로써 측정될 수 있는 오버레이 성능이 이러한 매개변수의 예이다.
도 3a에 도시된 바와 같은 검사 장치의 실시예의 특정 세부 사항이 도 5에서 보여지고 있다. 도 5에서, 개구(13c)를 사용하여 제조될 수 있는 특정 유형의 조명, 구체적으로 세그먼트형 조명 프로파일 (예를 들어, 이 예에서, 2개의 대각선적으로 맞은 편의 사분면은 방사선을 갖는 반면에 다른 2개의 대각선적으로 맞은 편의 사분면은 실질적으로 방사선을 갖지 않는 가상 원 내의 4개의 사분면)이 보여지고 있다. 도 5는 도 4a에서 개략적으로 도시된 타겟과 같은 계측 타겟으로부터의 다양한 방사선 차수의 일부, 특히 0, +1 및 -1차 차수의 전파를 개략적으로 더 보여주고 있다. 다양한 방사선 차수를 포함하는 검출 퓨필(50)이 보여지고 있다. 이 예에서, 0차 방사선은 좌측 상단 및 우측 하단 사분면으로 효과적으로 국한된다. 또한, 계측 타겟으로부터의 +1 및 -1 방사선은 우측 상단 및 좌측 하단 사분면에 효과적으로 국한된다. 특히, 우측 상단 사분면은 제1 방향 유형의 주기적 구조체 (예를 들어, 도 4a의 주기적 구조체(33 및 35)와 같은 Y 오버레이 측정 주기적 구조체)로부터의 -1 방사선 및 제2방향 유형의 주기적 구조체 (예를 들어, 도 4a의 주기적 구조체(32 및 34)와 같은 X 오버레이 측정 주기적 구조체)로부터의 +1 방사선을 갖고 있다. 또한, 좌측 하단 사분면은 우측 상단 사분면과 반대되는 조합, 구체적으로 제2 방향 유형의 주기적 구조체 (예를 들어, 도 4a의 주기적 구조체(32 및 34)와 같은 X 오버레이 측정 주기적 구조체)로부터의 -1 방사선 및 제1방향 유형의 주기적 구조체 (예를 들어, 도 4a의 주기적 구조체(33 및 35)와 같은 Y 오버레이 측정 주기적 구조체)로부터의 +1 방사선을 갖고 있다. 물론, 상이한 방향 유형의 주기적 구조체에 대한 검출 퓨필에서의 방사선 차수들의 위치는 상이할 수 있다. 이어서, 광학 요소(22) (예를 들어, 복수의 웨지 세그먼트(wedge segment)를 포함하는 웨지 유형 구조체, 또는 접시(dish) 유형 형태의 투명 광학 요소와 같은 프리즘)가 방사선을 검출기(23) 상으로 공간적으로 분리/분기하기 위해 사용될 수 있다. 실시예에서, 광학 요소(22)는 +1차 방사선을 -1차 방사선과 다르게 분리/분기시키도록 배열되어 있다. 검출된 방사선(60)의 예가 보여지고 있으며, 여기서 (실시예에서, 광학 요소(22) (또는 일부 다른 구조체)가 필요하지 않은 0차 방사선을 차단할 수 있을지라도) 0차 방사선이 좌측 상단 및 우측 하단 부분에 보여지고 있다. 그러면, 좌측 하단과 우측 상단은 표시된 바와 같이 각 주기적 구조체에 대해 캡처된 특정 방사선 차수를 갖는 계측 타겟의 2개의 "이미지"를 보여주고 있다. 알 수 있는 바와 같이, +1 및 -1차 방사선의 각각은 주기적 구조체(32 내지 35) 각각에 대해 별도로 캡처된다. 실시예에서, 평균 세기는 각 주기적 구조체(32 내지 35) "이미지"로부터 추출되어 이후에 더 논의되는 바와 같이 X 및 Y 방향으로의 오버레이를 결정하기 위해 8개의 세기 값을 산출할 수 있다.
상이한 타겟들은 그들의 비대칭이 리소그래피 공정의 측정에 대한 관심 대상 매개변수에 크게 좌우되도록 디자인될 수 있다. 본 명세서에 설명된 예에 대하여, 타겟이 관심 매개변수로서의 오버레이의 측정을 위해 디자인된다는 점이 가정된다. 이 타겟 부근의 오버레이(OV)의 측정치는 2개 이상의 주기적 구조체가 포함하는 상이한 바이어스 값의 정보를 사용하여, 2개 이상의 주기적 구조체에 대해 측정된 비대칭의 함수로서 계산될 수 있다. 즉, 알려지지 않은 오버레이(OV)는 주기적 구조체의 상이한 바이어스의 정보와 조합된, 바이어스된 주기적 구조체의 비대칭의 측정치를 이용하여 계산될 수 있다. 도 4a의 예시적인 타겟이 X 및 Y 방향으로 구성 요소 주기적 구조체를 갖고 2개의 바이어스 값(+d 및 -d)을 갖는 복합 타겟이라는 것을 주목하면, 타겟은 X 및 Y 방향 모두로의 오버레이의 측정치가 이 타겟 주기적 구조체의 비대칭의 측정치로부터 계산되는 것을 허용한다는 점이 이해될 것이다. 일 예에서, 특정 방향 (예를 들어, X 또는 Y 방향)으로의 오버레이는 하기 식에 의하여 계산된다:
Figure 112020032327744-pct00002
여기서, d는 바이어스의 양이며, p는 주기적 구조체 피치이고, A+d는 +d 바이어스를 갖는 적용 가능한 방향 유형의 타겟 주기적 구조체 (예를 들어, X 방향으로의 오버레이가 결정되고 있는 주기적 구조체(32) 또는 Y 방향으로의 오버레이가 결정되고 있는 주기적 구조체(33))의 +1 및 -1 차수에 대해 측정된 세기들 간의 차이이며, A-d는 -d 바이어스를 갖는 적용 가능한 방향 유형의 타겟 주기적 구조체 (예를 들어, X 방향으로의 오버레이가 결정되고 있는 주기적 구조체(34) 또는 Y 방향으로의 오버레이가 결정되고 있는 주기적 구조체(34))의 +1 및 -1 차수에 대해 측정된 세기들 간의 차이이다. 바이어스 및 피치는, 예를 들어 오버레이가 나노미터 단위로 표현되도록 나노미터(㎚)로 표현될 수 있다.
타겟의 측정 정확도 및/또는 민감도는 타겟 상으로 제공된 방사선의 빔의 하나 이상의 특성, 예를 들어 방사선 빔의 파장, 방사선의 편광, 방사선 빔의 세기 분포 (즉, 각도 또는 공간 세기 분포) 및/또는 방사선 입사각에 따라 변할 수 있다. 따라서, 상이한 값 및/또는 유형의 방사선의 빔의 특성들(예를 들어, 2개 이상의 상이한 파장, 2개 이상의 상이한 편광 등)의 하나 이상의 조합으로 타겟을 측정하는 것이 바람직하다.
예를 들어 10 ㎚ 및 7 ㎚ 노드의 요구를 지원하기 위해 제품 상 요구 사항 (예를 들어, 제품 상 오버레이)이 계속 엄격해짐에 따라, 예를 들어, 기판 레벨 제어 및 고차 보정을 가능하게 하도록 폐-루프 제어 솔루션(control solution)에 대한 입력으로서 동시에 정확하고 강력하고 밀도가 높은 계측 데이터에 대한 요구가 있다. 또한, 불투명한 물질 및 엄중한 디자인 규칙의 사용은 이용 가능한 측정 파장 및 계측 타겟 디자인 공간의 확장에 대한 요구를 유발한다. 따라서 불투명 물질을 측정하기 위한 것과 같은, 측정 정확도 및 공정 견고성을 개선하기 위한 방법은 측정 빔의 다수의 특성, 특히 다중 측정 빔 파장을 사용하여 측정을 구현하는 것이다.
다중 파장을 사용하여 측정을 구현하는 한 가지 방법은 측정 빔 파장을 순차적으로 제시간에 조정하는 것이다. 예를 들어, 계측 시스템 조명 브랜치에서 컬러 필터(12b)를 스위칭함으로써 상이한 파장이 획득될 수 있다. 그러나 이는 센서 생산성 및 작동 주기 시간에 상당한 영향을 줄 수 있다. 따라서, 많은 최신의 노드가 바람직하게는 하나 이상의 측정 빔 파장을 사용할 것이기 때문에, 미래의 계측을 가능하게 하기 위해 2개 이상의 파장을 병행 측정하는 것이 바람직할 것으로 예상된다.
따라서, 복수의 상이한 유형 또는 값의 측정 빔 특성을 사용하여 병행 측정하도록 구성된 회절 기반 계측 센서 시스템이 제공된다. 즉, 실시예에서, 넓은 스펙트럼 범위에서 측정된, 오버레이와 같은 매개변수의 값을 얻기 위해 상이한 방사선 파장을 갖는 계측 타겟의 병행 측정 능력을 제공하는 초분광 또는 다중 스펙트럼 광학 시스템이 제공된다. 실시예에서, 상당한 재설계없이 기존의 계측 장치에 통합될 수 있는 이러한 병행 측정을 가능하게 하는 광학 시스템이 제공된다. 실시예에서, 광학 시스템은 계측 장치가 계측 장치의 기존 기능과 복수의 상이한 유형 또는 값의 측정 빔 특성을 이용한 병행 측정(예를 들어, 초분광 또는 다중 스펙트럼 기능)의 기능 사이에서 토글(toggled)될 수 있도록 구현될 수 있다. 실시예에서, 이러한 토글링은 광학 시스템의 적어도 일부를 계측 장치의 광학 경로 내에서, 내로/밖으로 이동시킴으로써 가능할 수 있다. 따라서, 실시예에서, 복수의 상이한 유형 또는 값의 측정 빔 특성을 사용하여 병행 측정을 가능하게 하도록 계측 장치 하드웨어의 변경에 대한 최소한의 투자로 기존 계측 장치 상에서 구현될 수 있는 비교적 간단하고 비용 효율적인 광학 시스템이 제공된다. 또한, 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 실시예에서, 복수의 상이한 유형 또는 값의 측정 빔 특성을 사용하여 병행 측정을 가능하게 하도록 광학 시스템과 조합된 계측 타겟의 특정 구성이 제공된다.
따라서, 먼저, 복수의 상이한 유형 또는 값의 측정 빔 특성을 이용하여 병행 측정을 가능하게 하기 위한 광학 시스템의 실시예가 논의될 것이며, 광학 시스템과 사용될 수 있는 계측 타겟의 가능한 특정 구성의 보다 상세한 논의가 이어질 것이다. 광학 시스템의 실시예는 복수의 상이한 값의 특정 측정 빔 특성, 즉 파장을 이용한 병행 측정에 특히 초점을 맞추어 설명될 것이다. 그러나, 인식될 바와 같이, 광학 시스템은 원하는 경우 단일 파장에서 복수의 상이한 유형 또는 값의 측정 빔 특성을 사용하여 병행 측정하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 이는 단일 파장에서 복수의 상이한 편광 (예를 들어, TM 및 TE 편광)을 사용하여 병행 측정하도록 설정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 회절 기반 계측을 위한 검사 장치의 실시예의 매우 개략도가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 하나 이상의 검출기의 상이한 구역들로의 상이한 파장의 방사선의 분리를 가능하게 하도록 분산 광학 요소가 사용되어 상이한 파장들의 방사선의 개별 및 병행 측정을 가능하게 한다.
특히, 도 6은 예를 들어 CD, 오버레이 등의 광학 측정을 제공하도록 구성된 예시적인 검사 장치(600) (예를 들어, 계측 장치)의 개략도를 도시하고 있다. 도 6에서 보여지는 바와 같이, 검사 장치(600)는 대물렌즈(670), 기판(680)을 유지하도록 구성된 기판 홀더(682) 및 검출기(678)를 포함하고 있다.
대물렌즈(670) 및 검출기(678)는 집합적으로 기판(680)의 타겟을 측정하도록 구성되어, 예를 들어 CD, 오버레이, 초점, 선량 등을 결정한다. 구체적으로, 입력부(662) (예를 들어, 램프 또는 레이저와 같은 방사선 소스, 또는 방사선 소스에 연결된 또는 연결 가능한 입력부)에 의해 방출된 측정 빔(652)은 부분 반사성 광학 요소(660)를 향한다. 측정 빔(652)은 부분 반사성 광학 요소(660)와 대물렌즈(670)에 의해 타겟 상으로 추가로 지향되며, 이어서 측정 빔(652)으로부터의 방사선은 타겟에 의해 재지향된다. 재지향된 측정 빔(654)의 적어도 일부분은 대물렌즈(670)에 의해 수집되고 대물렌즈(670), 부분 반사성 광학 요소(660), 렌즈(699), 렌즈(666) 및 렌즈(664)를 통하여 검출기(678)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)를 향하여 지향된다. 타겟의 방사선을 검출기(678) 상으로 여전히 제공한다면, 다른 렌즈 배열체가 사용될 수 있다. 실시예에서, 렌즈(669), 렌즈(666) 및 렌즈(664)는 퓨필을 재-이미징하도록 배열되어 있다.
실시예에서, 광학 요소(668) (예를 들어, 복수의 웨지 세그먼트를 포함하는 웨지 유형 구조체, 또는 접시 유형 형태의 투명 광학 요소와 같은 프리즘)가 방사선을 검출기(23)를 향하여 공간적으로 분리/분기하기 위해 사용될 수 있다. 실시예에서, 광학 요소(668)는 +1차 방사선을 -1차 방사선과 다르게 분리/분기시키도록 배열되어 있다. 따라서, 실시예에서, 광학 요소(668)는 퓨필 스플리터로서 작용하여 +1 및 -1 회절 차수 방사선을 하나 이상의 검출기(678)를 향하여 공간적으로 분리시킨다.
선택적으로, 0차 방사선을 차단하기 위해 블록(674)이 제공될 수 있다. 이는 1 또는 그보다 높은 회절 차수만이 검출된 방사선으로부터 관심 대상 매개변수를 결정하기 위해 사용되는 경우에 0차 방사선으로 인한 측정에서의 노이즈의 가능성을 감소시키는데 사용될 수 있다. 실시예에서, 블록(674)은 별도의 요소일 수 있다. 실시예에서, 블록(674)은 광학 요소(668)와 같은 다른 광학 요소와 일체화될 수 있다. 실시예에서, 조명이 예를 들어 도 5에서 보여지는 형태의 분포를 갖는 경우, 블록(674)은 0차 방사선을 차단하기 위해 도 5에 보여지는 0차 방사선에 대응하는 2개의 흡수 사분면의 형상을 가질 수 있다 (그러나 인식될 바와 같이, 블록(674)의 배열체는 타겟의 조명 유형에 의존한다). 실시예에서, 블록(675)은 퓨필 평면 내에 위치되어 있다. 실시예에서, 블록(675)은 일루미네이터 내의 개구(13)에 공액이다.
실시예에서, 복수의 상이한 유형 또는 값의 측정 빔 특성을 사용하여 병행 측정을 가능하게 하기 위해, 하나 이상의 광학 요소가 제공되어 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 측정 빔 특성을 갖는 별개의 부분들로의 빔(654)의 분리를 가능하게 한다. 실시예에서, 하나 이상의 광학 요소는 빔(654)을 상이한 파장들에 대응하는 개별 부분들로 분리시키도록 구성된 분산 광학 요소(672)를 포함하고 있다. 실시예에서, 분산 광학 요소는 회절 격자, 프리즘 또는 둘 모두일 수 있다. 실시예에서, 분산 광학 요소는 이중-아미치 프리즘(double-amici prisms)을 포함한다. 실시예에서, 분산 광학 요소는 반사성 (예를 들어, 실질적으로 모든 방사선이 표면으로부터 반사/회절되도록 배열된 회절 격자)이다. 실시예에서, 분산 광학 요소는 투과성이다. 실시예에서, 분산 광학 요소는 표면 탄성파 발생기를 갖는 광학 요소를 포함하여 표면 탄성파를 이용하여 광학 요소의 표면 상에 격자를 형성한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 광학 요소는 빔(654)을 상이한 편광들에 대응하는 별도의 부분들로 분리시키도록 구성된 편광 요소(676)를 포함하고 있다. 실시예에서, 편광 요소는 월라스턴 프리즘(Wollaston prism), 로숀 프리즘(Rochon prism) 또는 유사한 광학 요소를 포함하고 있다. 실시예에서, 편광 요소는 편광 빔 스플리터를 포함하며, 이 스플리터에서 검출기는 2개 이상의 검출기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 분산 요소와 편광 요소 모두가 제공되어 파장 및 편광 모두에 의한 분리를 가능하게 한다. 실시예에서, 편광 요소는 단일 디자인으로 (예를 들어, 격자 또는 프리즘 형태의) 분산 광학 요소와 결합된다.
실시예에서, 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 측정 빔 특성을 갖는 별개의 부분들로의 빔(654)의 분리를 가능하도록 제공된 하나의 광학 요소가 검출 브랜치의 퓨필에서 광학 요소(668)와 선택적 블록(674)으로부터 하류에 위치되어 있다.
실시예에서, 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 측정 빔 특성을 갖는 별개의 부분들로의 빔(654)의 분리를 가능하도록 제공된 하나의 광학 요소가 빔 경로 내로 그리고 밖으로 이동 가능하며 따라서 경로 밖의 하나 이상의 광학 요소를 갖는 검사 장치가 통상적인 방식으로 사용될 수 있다. 실시예에서, 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 측정 빔 특성을 갖는 별개의 부분들로의 빔(654)의 분리를 가능하도록 제공된 하나의 광학 요소는 회절 방사선이 분리없이 통과하는 것을 허용하기 위하여 구성 면에서 변형되도록 구성되어 있다. 예를 들어, 실시예에서, 회절 방사선이 하나 이상의 광학 요소를 통과하거나 하나 이상의 광학 요소에 의하여 반사되도록 하나 이상의 광학 요소는 회전되거나 변위되며 따라서 회절 방사선은 분리없이 통과한다.
분산 광학 요소(672) 및/또는 편광 요소(676)를 사용하여, 빔(654)은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 측정 빔 특성을 갖는 부분들로 분리될 것이며, 따라서 이 부분들은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 측정 빔 특성들의 각각이 별도로 측정될 수 있도록 하나 이상의 검출기(678)에서 공간적으로 분리될 것이다. 따라서, 예를 들어, 타겟의 복수의 주기적 구조체의 각각은 별도로 그리고 종래의 실시예에서와 같이 (예를 들어, 도 5에 관하여 설명된 바와 같이) 복수의 상이한 회절 차수 (예를 들어, +1 및 -1) 각각에 대해 검출될 수 있으나, 이 개별 측정치들의 각각이 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 측정 빔 특성 (예를 들어, 파장 및/또는 편광)의 각각에 대해 획득될 수 있도록 추가로 공간적으로 분리될 수 있다. 따라서, 검출기(678)는 (하나 이상의 +d 바이어스된 주기적 구조체 및 하나 이상의 -d 바이어스된 주기적 구조체를 포함하는) 다양한 주기적 구조체에 대한, 그리고 l 및 -1차 차수의 각각에 대한, 그리고 2개 이상의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 측정 빔 특성 (예를 들어, 파장 및/또는 편광)에 대한 방사선 매개변수 (예를 들어, 세기) 값을 획득할 수 있다. 실시예에서, 방사선 매개변수는 세기이다. 실시예에서, 방사선 매개변수는 특정 주기적 구조체에 대한 +1 및 -1차 차수 사이의 세기의 비대칭이다. 실시예에서, 방사선 매개변수는 2개 이상의 파장에 대해 얻어진다. 실시예에서, 방사선 매개변수는 2개 이상의 편광에 대해 얻어진다. 실시예에서, 방사선 매개변수들은 상이한 매개변수 값 (예를 들어, 특정 주기적 구조체에 대한 +1 차 및 -1 차 차수들 사이의 세기의 비대칭)으로 조합된다.
따라서, 실시예에서, 특정 방향 (예를 들어, X 방향)에 대한 오버레이 계측 타겟은 2개의 주기적 구조체 (각각은 2개 층의 각각에 주기적 구조체 요소를 가짐), +d의 바이어스를 갖는 제1주기적 구조체 및 -d의 바이어스를 갖는 제2 주기적 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 주기적 구조체 32 및 34를 참조한다. 실시예에서, 주기적 구조체는 복수의 격자를 포함하지만 임의의 형태를 취할 수 있다. 주기적 구조체가 (2개의 상이한 파장 또는 2개의 상이한 편광 (예를 들어, 2개의 직교적인 선형 편광, 예를 들어, TE 방사선)과 같은) 2개의 상이한 값 또는 유형의 측정 빔 특성을 갖는 방사선으로 조명되는 경우, 그러면 4개의 관심 대상 세기 비대칭성이 존재한다:
Figure 112020032327744-pct00003
Figure 112020032327744-pct00004
Figure 112020032327744-pct00005
Figure 112020032327744-pct00006
여기서, 아래 첨자 1 및 2는 2개의 상이한 값 또는 유형의 측정 빔 특성 중 하나를 각각 나타내며, +와 -의 아래 첨자는 주기적 구조체의 바이어스 d의 부호를 나타내고, 위 첨자는 회절 차수 (이 경우, + l 및 -1 회절 차수)를 지칭한다. 이 4개의 비대칭은, 예를 들어 하기 식에 따른 오버레이 오차(OV)를 계산하기에 적합한 소프트웨어를 포함하는 프로세서에 의해 사용될 수 있다:
Figure 112020032327744-pct00007
여기서, d는 바이어스이다.
도 7을 참고하면, 주기적 구조체(510, 520, 530 및 540)를 갖는 일반적인 측정 타겟(500)의 예가 도시되어 있다. 이 예시적인 타겟에서, 제1 유형의 주기적 구조체(510, 520)는 Y 방향 오버레이 측정을 위해 배열되어 있으며, 제2 유형의 주기적 구조체(530, 540)는 X 방향 오버레이 측정을 위해 배열되어 있다. 또한, 이 실시예에서, 주기적 구조체(510)는 주기적 구조체(520)와 동일한 바이어스(d)의 절대값을 갖고 있지만, 상이한 부호를 갖는다. 예를 들어, 주기적 구조체(510)는 -d의 바이어스를 갖고 있으며 주기적 구조체(520)는 +d의 바이어스를 갖고 있다. 유사하게, 주기적 구조체(530)는 주기적 구조체(540)와 동일한 바이어스(d)의 절대값을 갖고 있지만 상이한 부호를 갖는다. 예를 들어, 주기적 구조체(530)는 -d의 바이어스를 갖고 있으며 주기적 구조체(540)는 +d의 바이어스를 갖는다. 분산 요소가 도 7에서 보여지는 바와 같이 타겟(500)과 함께 사용된다면, 하나의 주기적 구조체로부터 상이한 파장의 방사선은 다른 주기적 구조체로부터의 상이한 파장의 방사선과 중첩될 가능성이 있을 것이며 따라서 상이한 파장들에서의 상이한 주기적 구조체들에 대한 측정치를 용이하게 얻을 수 있도록 상이한 파장의 세기 및 상이한 주기적 구조체에 대한 세기들은 분리되지 않을 수 있다.
도 8에서, 실시예에 따른 주기적 구조체(510, 520, 530 및 540)의 새로운 배열체가 제공된다. 새로운 계측 타겟 배열체의 도 8의 이 실시예 및 다른 실시예가 주기적 구조체(510, 520, 530 및 540)에 관하여 설명되고 있는 반면에, 상이한 유형의 계측 타겟 구조체가 사용될 수 있다.
도 8에서, 계측 타겟(500)을 조명하는 조명 스폿(31)이 제공된다. 이 실시예에서, 조명 스폿(31)은 계측 타겟(500)의 적어도 하나의 주기적 구조체를 조명한다. 이 예에서, 조명 스폿(31)은 계측 타겟(500)의 모든 주기적 구조체를 조명한다.
도 8의 계측 타겟의 배열체에서, 주기적 구조체(510, 520, 530 및 540)는, 조명 스폿 내에 스폿 내의 특정 방향(550)을 따라 한 유형의 주기적 구조체만이 있도록 배열되며, 이 특정 방향은 본 명세서에서 스펙트럼 축으로 지칭될 것이다. 도 8의 예에는, 2가지 유형의 주기적 구조체, 즉 제1 유형의 주기적 구조체(510, 520)와 제2 유형의 주기적 구조체(530, 540)가 있다. 따라서, 도 8에서 보여지는 바와 같이, 조명 스폿 내에서 X-방향을 따라, 한 유형의 주기적 구조체만이 존재한다. 도 8에서 보이는 바와 같이, 스폿 전체의 모든 X 방향 인스턴스에 대하여, 한 유형의 주기적 구조체만이 있다. 또한, 이 실시예에서, 스폿 내의 특정 방향 (예를 들어, 도 8의 X-방향)을 따라, 특정 유형의 단일 주기적 구조체가 있다.
따라서, 이 새로운 배열체에서, 정사각형 배열체 내의 4개의 주기적 구조체를 갖는 전형적인 정사각형 계측 타겟 대신에, (전통적인 정사각형 계측 타겟과 기능 면에서 동등할 수 있는) "일차원" 유형의 계측 타겟이 제공된다. 이 새로운 타겟은 동일한 면적을 가질 수 있으며 (즉, 이는 기판 상에 더 많은 공간을 요구하지 않을 수 있다), 전통적인 정사각형 계측 타겟과 동일한 오버레이 데이터를 축적할 수 있다.
도 9를 참조하면, 새로운 배열체의 다른 변형이 도시되어 있다. 도 8과 같이, 이는 스폿 내에 스펙트럼 축(550)을 따라 하나의 유형의 주기적 구조체만을 갖는 "일차원" 타겟이다. 이 실시예에서, 상이한 유형의 제1 세트의 주기적 구조체는 상이한 유형의 제2 세트의 주기적 구조체로부터 스펙트럼 축을 따라 오프셋되어 있다. 이 예에서, 제1 세트의 주기적 구조체들은 스펙트럼 축에 직교하는 방향을 따라 정렬되고, 유사하게 제2 세트의 주기적 구조체들은 스펙트럼 축에 직교하는 방향을 따라 정렬된다.
도 10에, 새로운 배열체의 추가 변형이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 계측 서브-타겟(502 및 504)을 동시에 (간격이 타겟(502, 504) 사이에서 충분히 떨어져 있는 경우) 또는 상이한 시간에 (그러나 타겟 측정 처리량을 희생하면서) 조명하는 2개의 별개의 조명 스폿(31)이 있다. 그렇지만, 도 8 및 도 9와 같이, 이는 각 스폿 내에 스펙트럼 축(550)을 따라 한 유형의 주기적 구조체만을 갖는 "일차원" 타겟이다. 이 실시예에서, 제1 유형의 제1 주기적 구조체 세트는 하나의 조명 스폿이며, 제2 유형의 제2 주기적 구조체 세트는 다른 조명 스폿이다. 그러나, 각 조명 스폿 내에 2개 이상의 상이한 유형의 주기적 구조체를 갖는 것이 가능하다. 또한, 이 예에서, 제1 세트의 주기적 구조체는 스펙트럼 축을 따라 제1 세트의 다른 주기적 구조체로부터 오프셋되어 있고, 제2 세트의 주기적 구조체는 스펙트럼 축을 따라 제2 세트의 다른 주기적 구조체로부터 오프셋되어 있으나, 이는 그럴 필요가 없다.
도 11은 새로운 배열체의 추가 변형을 보여주고 있다. 이 실시예에서, 계측 서브-타겟(502 및 504)을 동시에 (간격이 타겟(502, 504) 사이에서 충분히 떨어져 있는 경우) 또는 상이한 시간에 (그러나 타겟 측정 처리량을 희생하면서) 조명하는 2개의 별개의 조명 스폿(31)이 있다. 그렇지만, 도 8, 도 9 및 도 10과 같이, 이는 각 스폿 내에 스펙트럼 축(550)을 따라 한 유형의 주기적 구조체만을 갖는 "일차원" 타겟이다. 이 실시예에서, 제1 유형의 제1 주기적 구조체 세트는 하나의 조명 스폿이며, 제2 유형의 제2 주기적 구조체 세트는 다른 조명 스폿이다. 그러나 각 조명 스폿 내에 2개 이상의 상이한 유형의 주기적 구조체를 갖는 것이 가능하다.
따라서, 도 8 내지 도 11의 타겟들에 대한 공통적인 특징은 특정 공간 방향이며 단지 하나의 주기적 구조체 유형이 이 방향을 따라 존재한다. 이 특징은 특정 방향을 따라 적어도 2개의 주기적 구조체 유형을 갖는 도 7의 타겟과 구별된다. 따라서, 타겟들은 주기적 구조체의 변형으로 구현될 수 있지만, 이들은 특정 방향을 따라 단지 한 유형의 주기적 구조체만을 갖는, 다른 것과 구별되는 특징을 갖고 있다.
유리하게는, 계측 타겟의 이러한 새로운 배열체는, 예를 들어 복수의 편광과 조합하여, 복수의 파장과 같은 2개의 상이한 값 또는 유형의 측정 빔 특성의 방사선으로 병행 측정을 허용할 수 있다. 실시예에서, 이 계측 타겟 배열체는 도 6의 검사 장치와 함께 사용되어 2개의 상이한 값 또는 유형의 측정 빔 특성의 방사선의 공간적인 분리를 가능하게 할 수 있으며 따라서 특정 매개변수가 이 2개의 상이한 값 또는 유형의 측정 빔 특성의 각각에서 방사선으로 측정될 수 있다. 구체적으로, 실시예에서, 분산 요소는 스펙트럼 축 또는 계측 타겟의 방향에 직교하는 방향으로 분산되도록 배열될 수 있다. 따라서, 1차원 유형의 타겟은 검사 장치의 입력 슬릿으로서의 기능을 하여 상이한 유형의 주기적 구조체로부터의 방사선의 중첩없이 방사선의 공간적 분산을 가능하게 할 수 있다. 실시예에서 그리고 이하에서 더 설명된 바와 같이, 도 6의 장치와 같은 검사 장치 내의 새로운 분산 요소 (예를 들어, 프리즘 또는 회절 격자)는 스펙트럼 축을 따라 하나 이상의 검출기 상에 "스펙트럼"의 적층체를 형성할 수 있으며, 따라서 상이한 값 또는 유형의 측정 빔 특성의 개별 채널이 측정되는 것을 가능하게 한다 (예를 들어, +1 회절 차수와 -1 회절 차수의 각각에 대한 주기적 구조체(510, 520, 530, 540)의 각각에 대한 채널과 이 8개 채널의 각각에 대한 복수의 파장에 대응하는 값 및 선택적으로 이 채널들의 각각은 16개의 채널을 생성하기 위해 2개의 편광과 같은 복수의 편광에 있으면서, 16개의 채널의 각각은 복수의 파장에 대응하는 값을 갖는다).
도 12를 참조하면, 분산 요소를 갖는 검사 장치와 함께 계측 타겟의 "일차원" 배열체의 사용이 개략적으로 제시되어 있다. Y 방향으로 스펙트럼 축을 갖는 "일차원" 타겟(500) (예를 들어, 도 8의 타겟(500))은 조명 스폿(31)으로 조명된다. 타겟(500)으로부터의 재지향된 방사선은 대물렌즈(1000)에 의해 수집된다. 보여지는 바와 같이, 0, +1차 및 -1차 방사선은 대물렌즈(1000)에 의해 수집되며; 인식될 바와 같이 다른 회절 차수는 캡처될 수 있다. 방사선은 하나 이상의 광학 요소(1010)에 의해 받아들여지며, 이 광학 요소는 이 경우에 +1 및 -1차 방사선이 검출기를 향하여 통과하는 것을 허용하는 반면에 대물렌즈(1000)에 의해 수집된 0차 방사선을 차단하는 0차 블록을 갖는다. 또한, 하나 이상의 광학 요소(1010)는 별도로 검출될 수 있도록 +1 및 -1차 차수를 (이 경우에는 Y 축 방향을 따라서) 분기할 수 있다. 실시예에서, 타겟(500)의 "1차원" 배열체 및 하나 이상의 광학 요소(1010)에 의해 제공되는 발산에 의하여, 주기적 구조체들의 각각은 하나 이상의 검출기(1040) (예를 들어, 하나 이상의 CCD 광 검출기) 상으로 Y 축 방향으로 공간적으로 분리될 수 있을 뿐 아니라 이후에 더 설명되는 바와 같이 이 주기적 구조체들의 각각으로부터의 +1 및 -1차 방사선을 Y축 방향을 따라서 하나 이상의 검출기 상으로 공간적으로 분리되게 한다. +1 및 -1차 방사선은 이후 분산 요소(1020)에 의하여 파장에 의해 분산된다. 이 예에서, 분산 요소(1020)는 X 축 방향, 즉 스펙트럼 축에 직교하는 방향을 따라서 방사선을 분산시킨다. 이 예에서, 분산 요소(1020)는 격자이며 따라서 보여진 바와 같이 +1 방사선을 0, +1차 및 -1차 성분으로 회절시킬뿐만 아니라 보여진 바와 같이 -1 방사선을 0, +1차 및 -1차 성분으로 회절시킨다. 분산 요소(1020)로부터의 +1, -1차 방사선은 X 축 방향을 따라 공간적으로 확산되고 그 X 축 방향을 따라 다양한 파장을 갖는다. 분산 요소(1020)로부터의 방사선은 광학 요소(1030) (예를 들어, 렌즈)에 의해 하나 이상의 검출기(140)로 향한다. 따라서, 도 12의 광학 시스템은 하나 이상의 검출기(1040) 상에서 새로운 형식의 분포 출력 데이터(1050)를 광학적으로 형성한다. 이 분포(1050)의 세부 사항은 이후에 설명될 것이다.
도 13을 참고하면, 하나 이상의 검출기(1040) (예를 들어, 단일 검출기)에서의 분포(1050)가 개략적으로 제공되어 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 하나 이상의 광학 요소(1010)와 (측정되는 4개의 주기적 구조체를 갖는) 타겟(500)의 "1차원" 배열체는, 별도로 주기적 구조체(510, 520, 530, 540)로부터 회절된 +1차 및 -1차 방사선을 위한 것뿐만 아니라 주기적 구조체(510, 520, 530, 540)에 대응하는 채널(1100 내지 1107)의 생성을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 실시예에서, 채널(1100)은 주기적 구조체(510)로부터의 +1차 방사선에 대응할 수 있으며, 채널(1101)은 주기적 구조체(520)로부터의 +1차 방사선에 대응할 수 있고, 채널(1102)은 주기적 구조체(530)의 +1차 방사선에 대응할 수 있으며, 그리고 채널(1103)은 주기적 구조체(540)로부터의 +1차 방사선에 대응할 수 있다. 유사하게, 실시예에서, 채널(1104)은 주기적 구조체(510)로부터의 -1차 방사선에 대응할 수 있으며, 채널(1105)은 주기적 구조체(520)로부터의 -1차 방사선에 대응할 수 있고, 채널(1106)은 주기적 구조체(530)의 -1차 방사선에 대응할 수 있으며, 그리고 채널(1107)은 주기적 구조체(540)로부터의 -1차 방사선에 대응할 수 있다. 인식될 바와 같이, 채널의 개수는 측정되는 타겟(500)으로부터의 회절 차수의 개수 및 측정되는 타겟(500)의 주기적 구조체의 개수에 따라 달라진다. 즉, 채널의 개수는 측정되는 회절 차수의 수에 측정되는 주기적 구조체의 개수를 곱한 것에 대응한다. 따라서 2개의 회절 차수 (예를 들어, +1 및 -1)에 4개의 주기적 구조체를 곱한 것은 결과적으로 8개의 채널이 된다.
도 13에는 보여지지 않았지만, 광학 시스템이 편광 요소를 제공하여 별도의 유형의 편광을 제공하는 경우, 채널(1100 내지 1107)들의 각각은 편광 요소에 의해 제공되는 상이한 편광의 개수로 곱해질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 2개의 편광 (예를 들어, 선형 X 편광 및 선형 Y 편광)이 편광 요소에 의해 제공된다면, 그러면 (측정되는 4개의 주기적 구조체를 갖는) 타겟(500)의 "1차원" 배열체에 대해 16개의 채널 - 제1 편광을 위한 채널(1100 내지 1107) 및 제2 편광을 위한 다른 세트의 채널(1100 내지 1107) (도 13에는 도시되지 않음)-이 제공될 것이다.
또한, 각 채널에 대하여, 복수의 파장의 분산이 제공된다. 위에서 제시된 예에서, 분산 요소(1020)는 격자이며, 따라서 +1 방사선을 0, +1차 및 -1차 성분으로 회절시킬뿐만 아니라 보여지는 바와 같이 -1 방사선을 0, +1차 및 -1차 성분으로 회절시킨다. 분산 요소(1020)로부터의 +1, -1차 방사선은 X 축 방향을 따라 공간적으로 확산되며 그 X 축 방향을 따라 다양한 파장을 갖는다. 따라서, 도 13을 참조하면, 실시예에서, 분산 요소(1020)로부터의 0차 방사선이 행(1130)에 제공된다. 따라서, 타겟(500)으로부터의 +1차 방사선에 대응하는 분산 요소(1020)로부터의 0차 방사선이 행(1130)에 제공되며 또한 타겟(500)으로부터의 -1차 방사선에 대응하는 분산 요소(1020)로부터의 0차 방사선이 행(1130)에 제공된다. 타겟(500)으로부터의 +1차 방사선 및 타겟(500)으로부터의 -1차 방사선에 대응하는 분산 요소(1020)로부터의 +1차 방사선에 대해서는, 이는 행(1110 및 1120)에 제공되고, 행(1110 및 1120)의 각각은 상이한 방사선 파장에 대응한다. 위에서 논의된 바와 같이, 주기적 구조체(510, 520, 530, 540)로부터의 +1 및 -1차 방사선에 대응하는 방사선은 위에서 설명된 채널(1100 내지 1107)에 따라 행(1110 및 1120)의 상이한 부분들에 제공될 것이다. 유사하게, 타겟(500)으로부터의 +1차 방사선 및 타겟(500)으로부터의 -1차 방사선에 대응하는 분산 요소(1020)로부터의 -1차 방사선은 행(1140 및 1150)에 제공되며, 행(1140 및 1150)의 각각은 상이한 방사선 파장에 대응한다. 위에서 논의된 바와 같이, 주기적 구조체(510, 520, 530, 540)로부터의 +1 및 -1차 방사선에 대응하는 방사선은 위에서 설명된 채널(1100 내지 1107)에 따라 행(1140 및 1150)의 상이한 부분들에 제공될 것이다. 분산 요소(1020)의 구성에 따라, 행(1110)의 파장은 행(1120)의 파장보다 크며 (또는 작으며), 유사하게 행(1150)의 파장은 행(1140)의 파장보다 크다 (또는 작다). 실시예에서, 행(1110)의 파장은 행(1150)의 파장과 실질적으로 동일하며 행(1120)의 파장은 행(1140)의 파장과 실질적으로 동일하다. 실시예에서, 행(1100, 1120, 1140 및 1150)들 각각에서 이산 파장(discrete wavelengths)이 제공된다. 실시예에서, 분산은 연속 파장 스펙트럼을 형성할 수 있으며, 따라서 행(1100, 1120, 1140 및 1150)은 연속 파장 스펙트럼으로부터의 샘플링 지점에 대응한다.
따라서, 실시예에서, 도 12의 광학 시스템은 검출기 상에 새로운 형식의 분포 출력 데이터(1050)를 광학적으로 형성할 수 있다. 실시예에서, 타겟이 4개의 주기적 구조체 및 측정되는 2개의 회절 차수 (예를 들어, +1 및 -1차 차수)를 포함하는 경우, 출력 데이터는 다수의 파장 범위 (예를 들어, 예를 들어 400 내지 1,100 ㎚의 넓은 스펙트럼 범위 또는 그 범위 내의 임의의 서브-범위 또는 2개 이상의 이산 파장)에서의 파장의 함수로서 원하는 OV 계산 정보를 보유하는 8개 라인의 스펙트럼 (예를 들어, 연속 스펙트럼 또는 이산 스펙트럼)을 포함한다. 검출 브랜치의 광학 퓨필에서 분산 요소를 뒤따르는 편광 스플리터로, 2개 이상의 편광이 측정되어 추가 라인을 생성할 수 있다. 예를 들어, 2개의 편광에 대해 16개의 라인이 제공될 수 있다. 물론 위에서 논의된 바와 같이, 측정되는 주기적 구조체의 원하는 개수, 측정되는 회절 차수의 원하는 개수 및/또는 측정되는 편광의 원하는 개수에 따라 더 적거나 더 많은 라인이 제공될 수 있다.
행 및 채널의 적절한 선택에서의 세기 값은 원하는 관심 대상 매개변수를 산출하기 위해 적절한 공식(formulation)에 적용될 수 있다. 세기는 수학식 (l) 내지 (7) 중 임의의 것에 적절하게 적용되어 오버레이 값에 이를 수 있다. 예를 들어, 제1 측정 방사선 파장은 제1 측정 빔 특성일 수 있고 제2 측정 방사선 파장은 제2 측정 빔 특성일 수 있으며, 따라서 각각의 채널(1100 내지 1107)로부터의 행(1120) 및/또는 행(1140)의 세기 값은 제1 측정 빔 특성으로서 수학식 (3) 내지 (7)에 적용될 수 있으며, 각각의 채널(1100 내지 1107)로부터의 행(1110) 및/또는 행(1150)의 세기 값은 제2 측정 빔 특성으로서 수학식 (3) 내지 (7)에 적용될 수 있다. 실시예에서, 행(1120)의 파장이 행(1140)의 파장과 실질적으로 동일한 경우, 행(1120 및 1140)의 세기 값들은 조합될 (예를 들어, 합산되고, 평균화되고 등) 수 있으며 제1 측정 빔 특성으로서 수학식 (3) 내지 (7)에 적용될 수 있고, 유사하게, 행(1110)의 파장이 행(1150)의 파장과 실질적으로 동일한 경우, 행(1110 및 1150)의 세기 값들은 조합될 (예를 들어, 합산되고, 평균화되고 등) 수 있으며 제2 측정 빔 특성으로서 수학식 (3) 내지 (7)에 적용될 수 있다.
도 14를 참조하면, 예를 들어 계측 타겟의 "1차원" 배열체와 함께 사용되고 있는 검사 장치의 추가 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 12의 실시예와 유사하게, Y 방향으로 스펙트럼 축을 갖고 있는 "일차원" 타겟(500) (예를 들어, 도 8의 타겟(500))은 조명 스폿(31)으로 조명된다. 타겟(500)으로부터의 재지향된 방사선은 대물렌즈(1000)에 의해 수집된다. 보여지는 바와 같이, 0, +1차 및 -1차 방사선은 대물렌즈(1000)에 의해 수집된다; 인식될 바와 같이, 다른 회절 차수가 캡처될 수 있다. 방사선은 하나 이상의 광학 요소(1010)에 의해 받아들여지고 있으며, 이 광학 요소는 이 경우에 +1 및 -1차 방사선이 검출기를 향하여 통과하는 것을 허용하는 반면에 대물렌즈(1000)에 의해 수집된 0차 방사선을 차단하는 0차 블록을 갖고 있다. 하나 이상의 광학 요소(1010)는 별도로 검출될 수 있도록 +1 및 -1차 차수를 (이 경우에는 Y 축 방향을 따라서) 분기할 수 있다. 실시예에서, 타겟(500)의 "1차원" 배열체 및 하나 이상의 광학 요소(1010)에 의하여 제공되는 발산(divergence)에 의하여, 주기적 구조체들의 각각은 하나 이상의 검출기(1040) 상으로 Y 축 방향으로 공간적으로 분리될 수 있을 뿐 아니라 이후에 더 설명되는 바와 같이 이 주기적 구조체들의 각각로부터의 +1 및 -1차 방사선을 Y축 방향을 따라서 하나 이상의 검출기 상으로 공간적으로 분리되게 한다.
+1 및 -1차 방사선은 그후 분산 요소(1020)에 의하여 파장에 의해 분산된다. 이 예에서, 분산 요소(1020)는 방사선을 X 축 방향, 즉 스펙트럼 축에 직교하는 방향을 따라서 분산시킨다. 이 예에서, 분산 요소(1020)는 반사 격자이며 따라서 보여진 바와 같이 +1 방사선을 0, +1차 및 -1차 성분으로 회절시킬뿐만 아니라 보여진 바와 같이 -1 방사선을 0, +1차 및 -1차 성분으로 회절시킨다. 분산 요소(1020)로부터의 +1, -1차 방사선은 X 축 방향을 따라 공간적으로 확산되고 그 X 축 방향을 따라 다양한 파장을 갖는다.
분산 요소(1020)로부터의 방사선은 예를 들어 광학 요소(1200) (예를 들어, 폴드 미러)와 광학 요소(1030) (예를 들어, 색지움(achromatic) 렌즈)에 의하여 선택적인 편광 스플리터(1210) (예를 들어, 편광 프리즘) 및 광학 요소(1220) (예를 들어, 수차를 보정하기 위한 필드 보정 렌즈)를 향하여 재지향된다. 편광 스플리터(1210)는 방사선을 처리하여 적어도 2가지 상이한 유형의 편광을 생성하며, 실시예에서, 상이한 유형의 편광이 하나 이상의 검출기(1040)에서 공간적으로 분리될 수 있게 하는 것을 돕는다. 실시예에서, 광학 요소(1220) (예를 들어, 색지움 렌즈)는 상이한 유형의 편광이 하나 이상의 검출기(1040)에서 공간적으로 분리될 수 있게 하는 것을 돕는다. 분산 요소(1020)와 마찬가지로, 편광 스플리터(1210) (및 선택적으로 광학 요소(1220))는 분산 요소(1020)에 관하여 본 명세서에 설명된 다양한 이동 수단을 사용하여 방사선 경로 내로 그리고 밖으로 이동될 수 있다.
따라서, 도 14의 광학 시스템은 검출기 상의 검출 평면에서 새로운 형식의 분포 출력 데이터(1050)를 광학적으로 형성한다. 이 분포(1050)의 실시예의 세부 사항이 위에서 설명되었으며 그의 추가 실시예가 이제 설명된다.
구체적으로, 예를 들어, (선택적 광학 요소(1220)와 함께) 편광 스플리터(1210)가 제공되어 방사선을 2가지 유형의 편광으로 분할하고 타겟(500)이 측정될 4개의 주기적 구조체를 포함하는 경우, 채널 그룹(1230 내지 1237)이 제공될 수 있으며, 여기서 각 채널 그룹(1230 내지 1237)은 제1 편광을 위한 채널/열(column)/라인 및 제2 편광을 위한 다른 채널/열/라인을 포함하고, 각 채널 그룹(1230 내지 1237)은 파장에 대응하는 행(row)을 포함한다 (예를 들어, 도 13 및 그에 관련된 설명 참조). 또한, 채널 그룹(1230 내지 1237)의 각각은 타겟의 특정 주기적 구조체에 대응하며, 채널 그룹(1230 내지 1233)은 예를 들어 타겟(500)으로부터의 +1차 방사선에 대응하고, 채널 그룹(1234 내지 1237)은 예를 들어 타겟(500)으로부터의 -1차 방사선에 대응한다. 따라서, 16개의 채널이 제공되어 단일 획득(acquisition)에서 (행으로의) 복수의 파장에 대한 2개의 상이한 편광에서 타겟(500)의 4개의 주기적 구조체에 대한 2개의 회절 차수의 개별 측정을 가능하게 할 수 있다. 복수의 측정 결과는 그후 수학식 (1) 내지 (7)과 같은 적절한 공식에서 사용되어 관심 대상 매개 변수 (예를 들어, 오버레이)의 결정을 가능하게 할 수 있다.
이 예시적인 실시예에서, 한 방향으로는 분산 요소(1020)가 분산 요소(1020)의 격자가 파장에 의해 그리고 회전 각도를 선택함으로써 방사선을 분산시킬 수 있게 하고, 상이한 파장 대역들이 광학 요소(1200)를 향해 재지향될 수 있고 또한 다른 방향으로는 분산 요소(1020)가 미러처럼 작용하도록 효과적으로 스위칭될 수 있고 단지 방사선을 파장에 의해 분산되지 않고 하나 이상의 검출기(1040)를 향해 재지향시키도록 분산 요소(1020)는 이동 또는 회전될 수 있다. 실시예에서, 분산 요소(1020)는 광학 경로 밖으로 이동될 수 있지만, 예를 들어, 분산 요소(1020)를 방사선을 하나 이상의 검출기(1040)를 향하여 재지향시키는 다른 광학 요소로 대체함으로써 방사선은 여전히 하나 이상의 광학 요소(1010)로부터 하나 이상의 검출기(1040)를 향해 지향된다.
분산 요소(1020)가 검사 장치 내에서 이동, 회전, 위치에서 변위 등이 될 수 있는 경우, 검사 장치의 나머지는 실질적으로 기존의 검사 장치일 수 있다. 예를 들어, 기존의 검사 장치가 사용되어 +1 및 -1차 방사선을 분리하고 2개 이상의 상이한 편광을 위해 그렇게 할 수 있다. 따라서, 요소(1000, 1010, 1200, 1030, 1210, 1220 및 1040)는 기존의 장치일 수 있고 또한 선택적으로 요소(1020)를 갖지만, 요소(1020)는 분산 요소일 수 없다. 따라서, 검사 장치는 타겟의 주기적 구조체들의 각각에 대해 도 7에서 보여진 것과 같은 타겟으로부터의 방사선을 측정하기 위해 기존 방식으로 사용될 수 있다. 그러나, 요소(1020)는 분산형일 수 있으며, 분산 요소로서 사용되고 또한 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같은 "일차원" 유형의 타겟(500)과 조합하여 사용될 때, 검사 장치는 타겟의 각 주기적 구조체에 대한 복수의 파장에서 별도로 방사선을 측정할 수 있다 (편광 스플리터(1210)가 제공되는 경우 복수의 편광의 각각에서 선택적으로 그렇게 하는 것과 마찬가지로).
따라서, 단일 획득에서 복수의 파장에서 측정할 수 있는 새로운 품질이 비교적 낮은 비용 및 기술적 복잡성을 갖는 기존의 검사 장치의 레이아웃에 제공될 수 있다.
도 15를 참조하면, 방사선 파장의 연속적인 스펙트럼을 포함하는 출력 데이터(1050)의 실시예가 제시된다. 실시예에서, 스펙트럼은 비교적 넓은 스펙트럼 범위, 예를 들어, 약 400 내지 1,000 ㎚에 걸쳐 있으며 임의의 하위-범위(sub-range)가 이로부터 선택된다. 타겟(500)으로부터의 방사선은 분산 요소(1020)에 의해 분산되어 세기 채널(I)을 생성한다. 이 실시예에서, 세기 채널(I)의 수는 측정되고 있는 n개의 주기적 구조체의 함수이며, (도 15에서 보여지지 않은 광학 요소에 의하여 분리된) X 방향으로의 선형 편광을 위한 방사선(Px) 및 Y 방향으로의 선형 편광을 위한 방사선(Py)을 별도로 포함하고 있고, 또한 빔 스폿(31)에 의하여 조명된 타겟(500)으로부터의 양 및 음의 회절 차수 (예를 들어, +1 또는 -1차 차수)의 각각에 대한 방사선을 별도로 포함하고 있다. 따라서, 4의 개수(n)에 대해, 2개의 편광 및 양 그리고 음의 회절 차수 +1 및 -1에 대한 채널(I)의 수는 16이다. 이 실시예에서, 출력 데이터(1050)는 분산 요소(1020) 격자로부터의 회절 차수들 (예를 들어, +1 또는 -1차 차수) 중 하나일 뿐이다. 실시예에서, 분산 요소(1020) 격자로부터의 회절 차수 중 하나 (예를 들어, +1 또는 -1차 차수)로부터의 세기만이 관심 대상 매개변수를 계산하기 위해 사용된다. 실시예에서, 분산 요소(1020) 격자로부터의 양 회절 차수 (예를 들어, +1 및 -1차 차수)로부터의 세기가 관심 대상 매개변수를 계산하는데 사용된다. 실시예에서, 하나 이상의 검출기(1040) 상의 실질적으로 동일한 스폿에서 함께 조명되어 판독값들이 그 스폿으로부터 취해질 수 있도록 하기 위하여, 광학 배열체가 사용되어 분산 요소(1020) 격자로부터의 회절 차수들 (예를 들어, +1 및 -1차 차수)의 방사선을 합칠 수 있다. 실시예에서, 관심 대상 매개변수를 산출하기 위하여, 세기 채널(I)들의 각각으로부터의 제1 판독 값 세트는 각각의 세기 채널(I)을 따라 하나의 파장에서 취해질 수 있으며 수학식 (3) 내지 (7)과 같은 관심 대상 매개변수 수학식에서 제1 측정 빔 특성으로서의 세기 값의 세트로서 사용될 수 있으며, 세기 채널(I)들의 각각으로부터의 제2 판독 값 세트는 각각의 세기 채널(I)을 따라 다른 파장에서 취해질 수 있으며 수학식 (3) 내지 (7)과 같은 관심 대상 매개변수 수학식에서 제2 측정 빔 특성으로서의 세기 값의 세트로서 사용될 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 설명된 새로운 초분광 방법 및 장치는 하나의 측정 획득에서 평가 중인 기판 적층체에 관한 상당히 더 많은 데이터를 얻게 하여 관심 대상 매개변수의 보다 정확한 결정을 얻을 수 있게 한다. 이 기술 및 장치의 구현은 최소한의 투자로 그리고 기존 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 더욱이, 이는 초분광 방법 및 장치가 구현된 기존 장치가 (예를 들어, (선택적으로 상이한 편광에서) 2개의 회절 차수를 측정하고, 후속 측정에서의 상이한 파장에서 2개의 회절 차수를 측정하는 등의) 그의 예전 방법에 따라 여전히 측정할 수 있게 하는 것에 관하여 하위 호환성을 가능하게 할 수 있으며, 이 예전 방법은, 예를 들어 분사 요소 회절 격자를 0차 (예를 들어, 분산을 제공하지 않도록 분산 격자가 완전히 반사성인 위치)와 1차 (예를 들어, 분산 격자가 방사선을 회절시켜 분산을 제공하는 위치) 방향 사이에서 분사 요소 회절 격자를 회전시킴으로써 수행될 수 있다. 즉, 실시예에서, 초분광 스펙트럼 기능은 검사 장치의 기존 공정에 대한 회절 격자 (예를 들어, 도 14의 분산 요소(1020))로부터의 0차 회절의 사용에 의하여 하위 호환성으로 구현될 수 있다. 또는, 하위 호환성은, 예를 들어 플립 마운트(flip mount) 내에서의 제거 가능한 분산 요소 (예를 들어, 높은 분산성 프리즘, 회절 격자 또는 이들의 조합 (소위 GRISM))의 사용에 의하여 유지될 수 있다. 초분광 측정이 필요한 경우, 프리즘을 검출 경로에 삽입하기 위해 플립 마운트가 사용되며; 그렇지 않으면, 검사 장치의 정규 기능이 이용 가능하다.
실시예에서, 편광 스플리터 및 분산 요소는 하나의 광학 요소에서 함께 조합되거나 하나의 광학 요소 단위로 조합될 수 있다. 실시예에서, 편광 스플리터와 분산 요소의 조합은 검사 장치의 광 경로 내로 또는 밖으로 이동할 수 있다.
실시예에서, 조명 스폿은 원형이 아닌 것일 수 있다. 예를 들어, 조명 스폿은 대체로 직사각형 형상이어서 기판 상의 다른 패턴들로부터의 광학 노이즈로부터 관심 대상 매개변수 신호의 검출성 개선을 도울 수 있다.
실시예에서, 파장 범위는 광대역 방사선 소스에 의해 제공될 수 있다. 실시예에서, 방사선 빔의 파장 범위는 범위로부터 선택된 (예를 들어, 약 400 ㎚ 내지 900 ㎚의 범위로부터 선택된) 2개 이상의 파장으로 제한된다. 또한, 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이 편광기를 이용한 방사선 빔의 상이한 편광들의 선택이 위에서 설명된 바와 같이 제공될 수 있으며 및/또는 다양한 조명 형상이, 예를 들어 위에서 설명된 바와 같이 복수의 상이한 개구를 사용하여 제공될 수 있다
실시예에서, 검사 장치의 관심 대상 매개변수 측정 생산성은 N배 증가될 수 있으며, 여기서 N은 측정될 측정 빔 파장의 수이다 (여기서 N은 기판 적층체, 관심 대상 매개변수 등에 따라 2 내지 120의 범위에서 선택된다).
실시예에서, "일차원" 타겟은 검사 장치에 대한 기존 유형의 타겟과 대략 동일한 구역을 갖는다. 따라서, 실시예에서, "일차원" 타겟은 기판 상에 더 많은 공간을 요구하지 않지만 검사 장치에 대한 기존 타겟과 동일한 관심 대상 매개변수 데이터를 축적할 수 있다. 그러나, "일차원" 타겟, 그의 측정 방법 및 관련 사항으로, "일차원" 타겟은 비교적 넓은 스펙트럼 대역 및 선택적으로 편광으로부터 병행 파장 측정을 가능하게 할 수 있다. 이 새로운 특성(qualities)은 적은 투자 및 낮은 기술적 복잡성을 갖고 기존 검사 장치의 레이아웃에 제공될 수 있다
따라서, 실시예에서, 새로운 방법 및 디자인의 조합은 새로운 특징을 생성하며: 검출기 시스템의 하나의 축 (예를 들어, 스펙트럼 축)을 따라 (예를 들어, 연속적으로 또는 별도로) 스펙트럼 정보의 측정을 가능하게 한다. 검사 장치를 위한 새로운 광학 디자인에서의 이 새로운 특징은 기존 검사 장치에 구축될 수 있으며, 약 400 ㎚ 내지 약 1,000 ㎚의 범위 내의 복수의 파장 (예를 들어, 광대역 광과 같은 파장의 연속적인 스펙트럼)을 갖는 조명 빔을 생성하는 방사선 소스와 함께 작동할 수 있으며, 또한 한 획득에서의 모든 원하는 파장으로부터의 정보를 처리할 수 있다.
이 새로운 특징을 가능하게 하기 위해, 실시예에서, 새로운 계측 타겟 (예를 들어, 오버레이 계측 타겟의 구조체)은 검사 장치 검출 브랜치의 기하학적 및 물리적 특성과 특히 하나 이상의 새롭게 도입된 광학 요소의 방향에 정렬된 구조체를 구비하여 상이한 빔 특성, 즉 분산 요소 및/또는 편광 요소의 측정을 가능하게 한다. 결과적으로, 관심 대상 매개변수는 복수의 상이한 측정 빔 특성 (예를 들어, 상이한 파장)에서 관심 대상 매개변수에 관한 정보를 갖는 방사선과 병행하여 이루어진 측정으로 결정될 수 있다. 따라서, 복수의 측정 빔 특성은 단일 획득으로서 얻어져 측정 공정의 생산성 증가를 가능하게 할 수 있을 뿐만 아니라 공정 견실성 및 정확성을 향상시킬 수 있다. 실시예에서, 상이한 측정 특성들의 병행 측정을 가능하게 하기 위하여 광학 시스템은 (예를 들어, 개발 및 제조의 비용을 감소시킬 수 있는) 광학 레이아웃의 최소의 변경으로 기존의 검사 장치에 사용될 수 있다. 또한, 실시예에서, 새로운 초분광 특징은 기존의 검사 장치에 도입될 수 있지만, 아직은 기존의 검사 장치에 이용 가능한 측정 기술과의 하위 호환성을 가능하게 한다.
따라서, 측정 방법의 새로운 매개변수 및 검사 장치의 검출 브랜치에 대한 새로운 광학 레이아웃의 구현은 보다 높은 수준의 성능; 더 큰 생산성, (특히 불투명 적층체에 대한) 더 큰 공정 견실성 및/또는 더 큰 측정 정확도를 가능하게 한다
실시예에서, 계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이도록 구성된 대물렌즈; 회절 방사선을, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성 각각에 별도로 대응하고 양 및 음의 회절 차수에 별도로 대응하는 부분들로 분리하도록 구성된 광학 요소; 및 부분들을 별도로 그리고 동시에 측정하도록 구성된 검출기 시스템을 포함하는 검사 장치가 제공된다.
실시예에서, 광학 요소는 분산 요소를 포함하고 있으며, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함한다. 실시예에서, 광학 요소는 편광 요소를 포함하며, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함한다. 실시예에서, 광학 요소는 회절 방사선의 광학 경로 내로 및 밖으로 이동 가능하거나 회절 방사선이 분리 없이 통과하는 것을 허용하기 위하여 변형되도록 구성되어 있다. 실시예에서, 계측 타겟은 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하고 있으며, 검사 장치의 조명 스폿 내에는 스폿 내의 특정 방향을 따라 한 유형의 주기적 구조체만이 존재한다. 실시예에서, 부분들은 복수의 라인들로 배열되어 있으며, 라인들 각각을 따르는 부분은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 라인들은 타겟의 상이한 구조체들에 대응한다. 실시예에서, 하나 이상의 방사선 특성은 방사선 파장을 포함한다. 실시예에서, 라인들의 일부는 제1 유형의 편광에 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광에 더 관련된다. 실시예에서, 광학 요소는 방사선의 광학 경로 내에서 이동 가능하거나 광학 경로 내로 그리고 밖으로 이동 가능하다.
실시예에서, 계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이는 단계; 회절 방사선을, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성 각각에 그리고 양 및 음의 회절 차수에 대응하는 부분들로 분리하는 단계; 및 부분들을 별도로 그리고 동시에 측정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
실시예에서, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함한다. 실시예에서, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함한다. 실시예에서, 본 방법은 계측 타겟을 조명 빔 스폿으로 조명하는 것을 포함하며, 계측 타겟은 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하고, 스폿 내에는 스폿 내의 특정 방향을 따른 한 유형의 주기적 구조체만이 있다. 실시예에서, 부분들은 복수의 라인들로 배열되며, 라인들 각각을 따른 부분은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 라인들은 타겟의 상이한 구조체들에 대응한다. 실시예에서, 라인들의 일부는 제1 유형의 편광에 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광에 더 관련된다.
실시예에서, 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하는 계측 타겟을 조명 빔 스폿으로 조명하는 것 -스폿 내에는 스폿 내의 특정 방향을 따라 한 유형의 주기적 구조체만이 있음-; 계측 타겟으로부터 방사선을 받아들이는 단계; 및 받아들여진 방사선을 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성의 각각에 대응하는 부분들로 분리하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
실시예에서, 받아들여지는 방사선은 양 및 음의 회절 차수 방사선을 가지며, 받아들여진 방사선을 양 및 음의 회절 차수에 대응하는 부분들로 분리하는 단계를 더 포함한다. 실시예에서, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함한다. 실시예에서, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함한다. 실시예에서, 부분들은 복수의 라인들로 배열되며, 라인들 각각을 따른 부분은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 라인들은 타겟의 상이한 구조체들에 대응한다. 실시예에서, 라인들의 일부는 제1 유형의 편광에 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광에 더 관련된다.
본 발명에 따른 실시예는 아래의 항목을 이용하여 더 설명될 수 있다:
1. 검사 장치는,
계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이도록 구성된 대물렌즈;
상기 회절 방사선을, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성 각각에 개별적으로 대응하고 상기 양 및 음의 회절 차수에 개별적으로 대응하는 부분들로 분리하도록 구성된 광학 요소; 및
상기 부분들을 개별적으로 그리고 동시에 측정하도록 구성된 검출기 시스템을 포함하고 있다.
2. 항목 1의 검사 장치에서, 광학 요소는 분산 요소를 포함하고 있으며, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함한다.
3. 항목 1항 또는 2의 검사 장치에서, 광학 요소는 편광 요소를 포함하고 있으며, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함한다.
4. 항목 1 내지 3 중 어느 한 항목의 검사 장치에서, 광학 요소는 회절 방사선의 광학 경로 내로 및 밖으로 이동 가능하거나 회절 방사선이 분리 없이 통과하는 것을 허용하기 위하여 변형되도록 구성된다.
5. 항목 1 내지 4 중 어느 한 항목의 검사 장치에서, 계측 타겟은 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하며, 검사 장치의 조명 스폿 내에는 스폿 내의 특정 방향을 따라 한 유형의 주기적 구조체만이 있다.
6. 항목 1 내지 5 중 어느 한 항목의 검사 장치에서, 부분들은 복수의 라인들로 배열되며, 라인들 각각을 따르는 부분은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 라인들은 타겟의 상이한 구조체들에 대응한다.
7. 항목 6의 검사 장치에서, 하나 이상의 방사선 특성은 방사선 파장을 포함한다.
8. 항목 6 또는 항목 7의 검사 장치에서, 라인들의 일부는 제1 유형의 편광과 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광과 더 관련된다.
9. 항목 1 내지 8 중 어느 한 항목의 검사 장치에서, 광학 요소는 방사선의 광학 경로 내에서 이동 가능하거나 광학 경로 내로 또는 밖으로 이동 가능하다.
10. 본 방법은,
계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이는 단계;
회절 방사선을, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성 각각에 그리고 양 및 음의 회절 차수에 대응하는 부분들로 분리하는 단계; 및
부분들을 개별적으로 그리고 동시에 측정하는 단계를 포함한다.
11. 항목 10의 방법에서, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함한다.
12. 항목 10 또는 항목 11의 방법에서, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함한다.
13. 항목 10 내지 12항 중 어느 한 항목의 방법은 계측 타겟을 조명 빔 스폿으로 조명하는 것을 포함하며, 계측 타겟은 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하고, 스폿 내에는 스폿 내의 특정 방향을 따라 한 유형의 주기적 구조체만이 있다.
14. 항목 10 내지 13 중 어느 한 항목의 방법에서, 부분들은 복수의 라인들로 배열되며, 라인들 각각을 따른 부분은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 라인들은 타겟의 상이한 구조체들에 대응한다.
15. 항목 14의 방법에서, 라인들의 일부는 제1 유형의 편광에 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광에 더 관련된다.
16. 본 방법은,
복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하는 계측 타겟을 조명 빔 스폿으로 조명하는 것 -스폿 내에는 스폿 내의 특정 방향을 따라 한 유형의 주기적 구조체만이 있음-;
계측 타겟으로부터 방사선을 받아들이는 단계; 및
받아들여진 방사선을 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성의 각각에 대응하는 부분들로 분리하는 단계를 포함한다.
17. 항목 16의 방법에서, 받아들여지는 방사선은 양 및 음의 회절 차수 방사선을 가지며, 본 방법은 받아들여진 방사선을 양 및 음의 회절 차수에 대응하는 부분들로 분리하는 것을 더 포함한다.
18. 항목 16 또는 항목 17의 방법에서, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함한다.
19. 항목 16 내지 18 중 어느 한 항목의 방법에서, 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함한다.
20. 항목 16 내지 19 중 어느 한 항목의 방법에서, 부분들은 복수의 라인들로 배열되며, 라인들 각각을 따른 부분은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 라인들은 타겟의 상이한 구조체들에 대응한다.
21. 항목 20의 방법에서, 라인들의 일부는 제1 유형의 편광에 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광에 더 관련된다.
22. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터에 의하여 실행될 때 항목 10 내지 21중 어느 한 항목의 방법을 구현하는 명령어가 기록된 컴퓨터 비-일시적 판독 가능한 매체를 포함하고 있다.
23. 본 시스템은,
하드웨어 프로세서 시스템; 및
기계-판독 가능한 명령어를 저장하도록 구성된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하며,
실행될 때 기계-판독 가능한 명령어는 하드웨어 프로세서 시스템이 항목 10 내지 21 중 어느 한 항목의 방법을 수행하게 한다.
24. 패터닝 공정의 대상물을 측정하기 위한 계측 장치는 항목 10 내지 21 중 어느 한 항목의 방법을 수행하도록 구성되어 있다.
25. 본 시스템은,
방사선의 빔을 대상물 표면 상으로 제공하도록 그리고 대상물 표면 상의 구조체에 의하여 재지향된 방사선을 검출하도록 구성된 계측 장치; 및
항목 22의 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하고 있다.
26. 항목 25의 시스템은, 방사선 빔을 변조하기 위한 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성된 지지 구조체 및 변조된 방사선 빔을 방사선-감응 기판 상으로 투영하도록 배열된 투영 광학 시스템을 더 포함하며, 여기서 대상물은 기판이고, 리소그래피 장치는 계측 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품을 이용하여 획득된 정보에 기초하여 리소그래피 장치의 설정을 제어하도록 구성되어 있다.
본 발명의 실시예가 ±1차 회절 차수와 관련하여 설명되지만, 본 발명의 실시예는 ±2차, ±3차, ±4차 등의 회절 차수와 같은 더 큰 회절 차수를 이용하여 적용될 수 있다.
예를 들어, 중첩되는 주기적 구조체들의 상대적 위치를 회절 차수로부터의 세기로부터 측정하는 회절 기반 계측과 관련하여 실시예가 본 명세서에서 설명되어 있다. 그러나, 본 명세서의 실시예는, 필요한 경우 적절한 변형과 함께, 이미지 기반 계측에 적용될 수 있으며, 이미지 기반 계측은 예를 들어, 타겟의 고품질 이미지를 이용하여 층 1 내의 타겟 1에서 층 2내의 타겟 2까지의 상대 위치를 측정한다. 보통 이 타겟은 주기적 구조체 또는 "박스(box)" (Box-in-Box (BiB))이다
계측 및 광학 리소그래피와 관련하여 실시예의 사용에 대해 구체인 참조가 이루어질 수 있지만, 실시예는 다른 응용, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서 사용될 수 있으며, 문맥이 허용하는 경우에 광학 리소그래피에 제한되지 않는다는 점이 인식될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 한정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급되는 레지스트의 층으로 가압될 수 있으며, 그 결과 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이의 조합을 적용함으로써 레지스트가 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기고 레지스트 밖으로 이동된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "방사선" 및 "빔"은 (예를 들어, 약 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 ㎚의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 ㎚ 내지 20 ㎚ 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
문맥이 허용하는 경우, 용어 "렌즈"는 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형 및 정전기형 광학 구성 요소를 포함하는 다양한 유형의 광학 구성 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수 있다.
다른 이들이 당업계 내의 지식을 적용함으로써 과도한 실험 없이 그리고 본 발명의 일반적인 개념으로부터 벗어남이 없이 이러한 특정 실시예를 다양한 응용을 위해 용이하게 수정 및/또는 조정할 수 있도록 특정 실시예의 전술한 설명은 본 발명의 실시예의 일반적인 특성을 드러내고 있다. 따라서 이러한 조정 및 수정은 본 명세서에서 제시된 교시 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예의 의미와 균등 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서 내의 어구 또는 용어가 본 교시 및 안내를 고려하여 통상의 기술자에 의해 해석되도록 본 명세서 내의 어구 또는 용어는 예를 들어 설명을 위한 것이지, 제한하기 위한 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 요지와 범위는 위에서 설명된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 아니되며, 다음의 청구범위 및 그 균등 범위에 따라서만 한정되어야 한다.

Claims (26)

  1. 검사 장치에 있어서,
    계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이도록 구성된 대물렌즈;
    검출기 시스템; 및
    상기 회절 방사선을, 상기 검출기 시스템의 하나 이상의 검출 표면에서 제1 방향으로는 편광 및 파장 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 하나 이상의 방사선 특성의 복수의 상이한 값 또는 유형 각각에 별도로 대응하는 부분들과 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로는 상기 양 및 음의 회절 차수에 별도로 대응하는 부분들로 공간적으로 분리하도록 구성된 광학 요소를 포함하고,
    상기 검출기 시스템은 부분들을 별도로 그리고 동시에 측정하도록 구성되고,
    상기 계측 타겟은 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하며, 상기 검사 장치의 한 조명 스폿 내에는, 상이한 유형의 적어도 2개의 주기적 구조체 및 동일한 유형이지만 상이한 디자인의 적어도 2개의 주기적 구조체 중 하나 또는 둘 모두가 존재하는, 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소는 분산 요소를 포함하며, 상기 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함하는 검사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 요소는 편광 요소를 포함하며, 상기 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함하는 검사 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 요소는 회절 방사선의 광학 경로 내로 및 밖으로 이동 가능하거나 회절 방사선이 분리 없이 통과하는 것을 허용하기 위하여 변형되도록 구성된 검사 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스폿 내에는 상기 스폿 내의 특정 방향을 따라 한 유형의 주기적 구조체만이 존재하는 검사 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부분들은 복수의 라인들로 배열되며, 상기 라인들 각각을 따르는 부분은 상이한 값 또는 유형의 상기 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 상기 라인들은 상기 타겟의 상이한 구조체들에 대응하는 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 방사선 특성은 방사선 파장을 포함하는 검사 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 라인들의 일부는 제1 유형의 편광과 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광과 더 관련된 검사 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 방사선의 광학 경로 내에서 이동 가능하거나 상기 광학 경로 내로 또는 밖으로 이동 가능한 검사 장치.
  10. 계측 타겟을 조명 빔 스폿으로 조명하는 단계 - 상기 계측 타겟은 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하고, 상기 스폿 내에는, 상이한 유형의 적어도 2개의 주기적 구조체 및 동일한 유형이지만 상이한 디자인의 적어도 2개의 주기적 구조체 중 하나 또는 둘 모두가 존재함 -;
    상기 계측 타겟으로부터 양 및 음의 회절 차수 방사선을 갖는 회절 방사선을 받아들이는 단계;
    상기 회절 방사선을, 검출기 시스템에서 제1 방향으로는 편광 및 파장 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 하나 이상의 방사선 특성의 복수의 상이한 값 또는 유형 각각에 대응하는 부분들과 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로는 상기 양 및 음의 회절 차수에 대응하는 부분들로 공간적으로 분리하는 단계; 및
    부분들을 별도로 그리고 동시에 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함하는 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함하는 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 스폿 내에는 상기 스폿 내의 특정 방향을 따라 한 유형의 주기적 구조체만이 존재하는 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 부분들은 복수의 라인들로 배열되며, 상기 라인들 각각을 따른 부분은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 상기 라인들은 상기 타겟의 상이한 구조체들에 대응하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 라인들의 일부는 제1 유형의 편광에 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광에 더 관련된 방법.
  16. 복수의 상이한 유형의 주기적 구조체를 포함하는 계측 타겟을 조명 빔 스폿으로 조명하는 단계 -상기 스폿 내에는, 상이한 유형의 적어도 2개의 주기적 구조체 및 동일한 유형이지만 상이한 디자인의 적어도 2개의 주기적 구조체 중 하나 또는 둘 모두가 존재하나, 상기 스폿 내의 특정 방향을 따라서는 한 유형의 주기적 구조체만이 존재함-;
    상기 계측 타겟으로부터 방사선을 받아들이는 단계; 및
    받아들여진 방사선을 부분들로 분리하는 단계를 포함하되, 상기 부분들은 편광 및 파장 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 하나 이상의 방사선 특성의 복수의 상이한 값 또는 유형 각각에 대응하는 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 받아들여지는 방사선은 단계는 양 및 음의 회절 차수 방사선을 가지며, 상기 받아들여진 방사선을 상기 양 및 음의 회절 차수에 대응하는 부분들로 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 파장을 포함하는 방법.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 복수의 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성은 복수의 상이한 편광을 포함하는 방법.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 부분들은 복수의 라인들로 배열되며, 상기 라인들 각각을 따른 부분은 상이한 값 또는 유형의 하나 이상의 방사선 특성에 대응하고, 상기 라인들은 상기 타겟의 상이한 구조체들에 대응하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 라인들의 일부는 제1 유형의 편광에 더 관련되며, 나머지 라인들의 일부는 제2 유형의 편광에 더 관련된 방법.
  22. 컴퓨터에 의하여 실행될 때 제10항, 제11항, 제16항 또는 제17항의 방법을 구현하는 명령어가 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  23. 하드웨어 프로세서 시스템; 및
    기계-판독 가능한 명령어를 저장하도록 구성된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하며,
    실행될 때 상기 기계-판독 가능한 명령어는 상기 하드웨어 프로세서 시스템이 제10항, 제11항, 제16항 또는 제17항의 방법을 수행하게 하는 시스템.
  24. 제10항, 제11항, 제16항 또는 제17항의 방법을 수행하도록 구성된, 패터닝 공정의 대상물을 측정하기 위한 계측 장치.
  25. 방사선의 빔을 대상물 표면 상으로 제공하도록 그리고 상기 대상물 표면 상의 구조체에 의하여 재지향된 방사선을 검출하도록 구성된 계측 장치; 및
    제22항의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 포함하는 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 시스템은, 방사선 빔을 변조하기 위한 패터닝 디바이스를 유지하도록 구성된 지지 구조체 및 변조된 방사선 빔을 방사선-감응 기판 상으로 투영하도록 배열된 투영 광학 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 더 포함하며, 상기 대상물은 기판이고, 상기 리소그래피 장치는 상기 계측 장치 및 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 이용하여 획득된 정보에 기초하여 리소그래피 장치의 설정을 제어하도록 구성된 시스템.
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