KR102448698B1 - 오버레이 계측을 위한 국부적인 텔레센트릭시티와 초점 최적화 - Google Patents

오버레이 계측을 위한 국부적인 텔레센트릭시티와 초점 최적화 Download PDF

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Abstract

사이트 별 정렬(site-by-site alignment)을 제공하는 오버레이 계측 도구는 텔레센트릭 이미징 시스템(telecentric imaging system)에 결합된 제어기를 포함한다. 제어기는, 이미징 시스템에 의해 2개 이상의 초점 위치에서 캡처된 샘플 상의 오버레이 타겟의 2개 이상의 정렬 이미지를 수신하고, 정렬 이미지에 기초하여 이미징 시스템 내의 오버레이 타겟의 정렬을 나타내는 정렬 데이터를 생성하고, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차 내에 있을 때 정렬 이미지를 측정 이미지로서 설정하고, 이미징 시스템에서 오버레이 타겟의 정렬을 조정하고, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차를 벗어날 때 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 측정 이미지를 추가로 수신하도록 이미징 시스템에게 지시하며, 측정 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 샘플의 2개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정할 수 있다.

Description

오버레이 계측을 위한 국부적인 텔레센트릭시티와 초점 최적화
본 개시는 일반적으로 오버레이 계측 분야에 관한 것이고, 특히 오버레이 타겟의 국부적 정렬에 관한 것이다.
이미지 기반 오버레이 계측은 일반적으로 서로 다른 관심 층(layers of interest)에서 오버레이 타겟의 피처(features)의 상대적인 이미징된 위치를 기반으로 샘플 상에서 2개 이상의 층들 사이의 상대적 오프셋을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 오버레이 측정의 정확도는 계측 도구에서 오버레이 타겟의 정렬 오류에 민감할 수 있다. 일반적인 오버레이 계측 시스템은 웨이퍼 배치(wafer batch) 또는 측정 레시피 당 한 번 샘플을 정렬할 수 있다. 그러나 오버레이 측정은 샘플에 걸쳐 분포된 다양한 오버레이 타겟에서 수행될 수 있으며 각 오버레이 타겟의 최적 정렬은 샘플 변동, 타겟 디자인의 차이 등으로 인해 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 샘플의 단일 정렬은 오버레이 타겟의 국부적인 변화로 인해 오버레이 측정 정밀도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 오버레이 계측 시스템을 샘플 상의 임의의 선택된 오버레이 타겟에 효율적으로 정렬하기 위한 시스템 및 방법을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예에 따라 오버레이 계측 시스템이 개시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 시스템은 2개 이상의 초점 위치에서 대물 렌즈를 통해 이미지를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 카메라를 포함하는 텔레센트릭 이미징 시스템(telecentric imaging system)에 통신 가능하게 결합된 제어기를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는, 이미징 시스템에 의해 2개 이상의 초점 위치에서 캡처된 샘플 상의 오버레이 타겟의 2개 이상의 정렬 이미지를 수신하며, 여기서 2개 이상의 정렬 이미지는 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는 2개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 이미징 시스템 내의 오버레이 타겟의 정렬을 나타내는 정렬 데이터를 생성한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차 내에 있을 때 두 개 이상의 정렬 이미지를 측정 이미지로서 설정한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는, 이미징 시스템에서 오버레이 타겟의 정렬을 조정하고, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차를 벗어날 때 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 측정 이미지를 추가로 수신하도록 이미징 시스템에 지시한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는 측정 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 샘플의 2개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정한다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예에 따라서 오버레이 계측 시스템이 개시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 시스템은 2개 이상의 초점 위치에서 대물 렌즈를 통해 이미지를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 카메라를 포함하는 텔레센트릭 이미징 시스템을 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 시스템은, 2개 이상의 초점 위치에서 대물 렌즈를 통해 이미지를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 카메라를 포함하는 텔레센트릭 이미징 시스템에 통신 가능하게 결합된 제어기를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는, 이미징 시스템에 의해 2개 이상의 초점 위치에서 캡처된 샘플 상의 오버레이 타겟의 2개 이상의 정렬 이미지를 수신하며, 여기서 2개 이상의 정렬 이미지는 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는 2개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 이미징 시스템 내의 오버레이 타겟의 정렬을 나타내는 정렬 데이터를 생성한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차 내에 있을 때 두 개 이상의 정렬 이미지를 측정 이미지로서 설정한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는, 이미징 시스템에서 오버레이 타겟의 정렬을 조정하고, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차를 벗어날 때 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 측정 이미지를 추가로 수신하도록 이미징 시스템에 지시한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 제어기는 측정 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 샘플의 2개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정한다.
본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라서 오버레이 계측 방법이 개시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 본 방법은, 텔레센트릭 이미징 시스템에 의해 2개 이상의 초점 위치에서 캡처된 샘플의 2개 이상의 정렬 이미지를 수신하는 단계를 포함하고, 2개 이상의 정렬 이미지는 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 본 방법은, 2개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 이미징 시스템 내의 오버레이 타겟의 정렬을 나타내는 정렬 데이터를 생성하는 단계를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 본 방법은, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차 내에 있을 때 두 개 이상의 정렬 이미지를 측정 이미지로서 설정하는 단계를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 본 방법은, 이미징 시스템에서 오버레이 타겟의 정렬을 조정하고, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차를 벗어날 때 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 측정 이미지를 추가로 수신하도록 이미징 시스템에 지시하는 단계를 포함한다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 방법은 측정 이미지에 기초하여 샘플의 두 개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 단계를 포함한다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 단지 예시적이고 설명적인 것이며, 청구된 본 발명을 반드시 제한하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도시하고, 일반적인 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 개시의 많은 장점은 첨부 도면을 참조함으로써 당업자가 더 잘 이해할 수 있다.
도 1a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 사이트 별 정렬(site-by-site alignment)에 적합한 이미지 기반 오버레이 계측 시스템을 예시하는 개념도이다.
도 1b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 이미징 오버레이 계측 시스템의 개념도이다.
도 1c는 본 개시 내용의 하나 이상의 실시예에 따른 조정 가능한 조명 애퍼처 조리개(illumination aperture stop)를 갖는 조명 경로의 개념도이다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이미지 기반 오버레이 계측에 적합한 오버레이 타겟의 평면도이다.
도 3은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 순차적 정렬 이미지를 캡처하기에 적합한 이미징 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 동시 정렬 이미지를 캡처하기에 적합한 이미징 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 이미징 시스템에 통합된 패턴 프로젝터(pattern projector)의 개념도이다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 패턴 마스크의 평면도이다.
도 7은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 도 6의 패턴 마스크로부터의 패턴의 투영된 이미지와 중첩된 오버레이 타겟의 개념적 이미지이다.
도 8a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 암시야 조리개(darkfield stop)를 포함하는 투영 광학계의 개념도이다.
도 8b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라 1차 회절을 선택하도록 구성된 암시야 조리개의 평면도이다.
도 9는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 사이트 별 오버레이 계측을 위한 방법에서 수행되는 단계를 예시하는 흐름도이다.
이제, 첨부 도면에 예시되는, 개시되는 특허 대상에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이다. 본 개시는 특정 실시예 및 이의 특정 피처와 관련하여 특히 도시되고 설명되었다. 본 명세서에 설명된 실시예는 제한하기보다는 예시적인 것으로 간주된다. 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에 있어서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.
본 개시 내용의 실시예는 오버레이 계측 도구의 사이트 별 정렬을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 초점 오류, 텔레센트릭시티 오류(telecentricity errors) 또는 센터링 오류(centering errors)와 같은 정렬 오류는 이미지 기반 오버레이 계측의 측정 정확도에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 샘플의 디포커스는 이미지 대비 손실(loss of image contrast)로 인해 측정 정밀도를 떨어 뜨릴수 있다. 또한, 오버레이 타겟의 비대칭은 측정 중에 초점 의존 오버레이 오류를 유발할 수 있다. 또 다른 예로서, 텔레센트릭시티 오류는 오버레이 결정에 직접적으로 부정적인 영향을 미칠 수 있은 도구 유도 이동(tool-induced shift; TIS)을 유발할 수 있다.
오버레이 계측 도구의 최적의 정렬은 샘플 변동 또는 스테이지 오류와 같은(이에 제한되지는 않음) 다양한 요인으로 인해 하나의 오버레이 타겟으로부터 다음 오버레이 타겟으로 다를 수 있음이 여기에서 인식된다. 또한, 샘플 척 틸트(sample chuck tilt) 또는 회전 스테이지 워블(rotation stage wobble)과 같은 일부 TIS 성분은 샘플과 함께 회전할 수 있으므로 비회전 TIS를 최소화하기 위해서만 텔레센트릭시티가 보정될 때 측정 부정확성에 기여할 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시예는 고도로 정확한 오버레이 측정을 제공하기 위해 오버레이 측정 이전에 또는 오버레이 측정의 일부로서 오버레이 계측 도구 내에서 임의의 수의 선택된 오버레이 타겟의 정렬에 관한 것이다.
계측 도구 정렬 동작이 측정 처리량에 부정적인 영향을 미칠 수 있음이 여기에서 더 인식된다. 본 개시의 추가 실시예는 선택된 측정 사이트에서(예를 들어, 선택된 오버레이 타겟에서) 오버레이 계측 도구의 효율적인 정렬에 관한 것이다.
본 개시의 일부 실시예들은 상이한 초점 위치에서 이미징 시스템으로 오버레이 타겟의 2개 이상의 정렬 이미지를 캡처하고, 정렬 이미지들에 기초하여 정렬 데이터(예를 들어, 초점 데이터, 텔레센트릭시티 데이터, 센터링 데이터 등)를 생성하는 것에 관한 것이다. 예를 들어, 정렬 데이터는 정렬 이미지가 캡처된 초점 위치와 공칭(nominal) 또는 타겟 초점 위치 사이의 차이(예를 들어, 초점 오류)를 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 일 예에서, 이러한 초점 데이터는 정렬 이미지에서의 초점 오류를 나타내는 정렬 이미지의 이미지 대비 메트릭(image contrast metrics)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 정렬 데이터는 초점 위치의 함수로서 이미징된 피처 및/또는 배율 변화의 측방향 이동(lateral shifts)을 포함할 수 있다. 따라서, 이 정렬 데이터는 이미징 시스템 내 샘플의 텔레센트릭시티 오류를 나타낼 수 있다. 또한, 정렬 데이터는 이미징 시스템의 시야 내에서 오버레이 타겟의 선택된 피처를 정확하게 배치(예를 들어, 센터링)하는데 사용될 수 있다.
본 개시 내용의 추가 실시예는 정렬 데이터에 기초하여 선택된 정렬 공차(예를 들어, 초점 공차, 텔레센트릭시티 공차, 센터링 공차 등) 내에서 이미징 시스템에서 샘플을 정렬하는 것에 관한 것이다. 따라서, 오버레이 계측 도구는 각 타겟에 대한 견고하고 정확한 오버레이 측정을 용이하게 하기 위해, 선택된 오버레이 타겟에 대한 오버레이 측정을 생성하기 전에 샘플 상의 임의의 수의 선택된 오버레이 타겟에 정렬될 수 있다.
예를 들어, 샘플(또는 샘플의 선택된 층의 하나 이상의 피처)은 초점 데이터에 기초하여 이미징 시스템의 선택된 카메라에 초점이 맞춰지도록 정렬될 수 있다. 이와 관련하여, 샘플 스테이지, 대물 렌즈 등의 위치와 같은, 그러나 이들에 한정되지는 않는, 이미징 시스템의 하나 이상의 요소들이 선택된 초점 공차(예를 들어, 원하는 이미지 품질을 제공하는 초점 위치의 범위) 내에서 샘플을 포커싱하도록 조정될 수 있다. 또 다른 예로서, 애퍼처 조리개와 같은(이에 제한되지는 않음) 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트는 선택된 텔레센트릭시티 공차(예를 들면, 이미징된 피처의 측방향 위치의 허용 가능한 편차, 확대 등) 내에서 샘플의 텔레센트릭 이미징을 제공하도록 조정될 수 있다.
추가 실시예는 정렬 데이터에 기초하여 샘플을 정렬한 후 샘플의 측정치(measurement)를 캡처하는 것과 관련된다. 추가적인 실시예는, 측정 이미지에 기초해 샘플의 두 개 이상의 층들 사이에 오버레이를 결정하는 것과 관련된다. 이와 관련하여, 각 오버레이 타겟에 대해 매우 정확한 오버레이 측정이 생성될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 사이트 별 정렬에 적합한 이미지 기반 오버레이 계측 시스템(100)을 예시하는 개념도이다. 예를 들어, 오버레이 계측 시스템(100)은 샘플(102)에 걸쳐 분포된 오버레이 타겟의 이미지에 기초하여 샘플(102)의 2개 이상의 층들 사이의 오버레이(예를 들어, 오버레이 오류)를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 오버레이 계측 시스템(100)은 샘플(102)의 하나 이상의 이미지를 생성하기 위한 텔레센트릭 이미징 시스템(104) 및 이미징 시스템(104)으로부터의 이미지에 기초하여 샘플(102)의 2개 이상의 층의 오버레이를 결정하기 위한 제어기(106)를 포함한다. 또한, 오버레이 계측 시스템(100)은 오버레이의 결정을 위해 이미징 시스템(104)의 시야 내에 샘플(102)의 선택된 부분(예를 들어, 선택된 오버레이 타겟)을 위치시키기 위한 샘플 스테이지(108)를 포함할 수 있다. 샘플 스테이지(108)는 오버레이 계측 시스템(100) 내에 샘플(102)을 위치시키는 데 적합한 임의의 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플 스테이지(108)는 선형 병진 스테이지, 회전 스테이지, 팁/틸트 스테이지(tip/tilt stages) 등의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 이미징 시스템(104)은 선택된 정렬 공차 내에서 샘플(102)의 일부를 정렬하기에 적합한 하나 이상의 조정 가능한 컴포넌트를 포함한다. 예를 들어, 조정 가능한 컴포넌트는 샘플 스테이지(108), 하나 이상의 애퍼처 조리개, 또는 광학 컴포넌트를 조정하기에 적합한 하나 이상의 추가 병진 스테이지를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
다른 실시예에서, 제어기(106)는 메모리 매체(112) 상에 유지되는 프로그램 명령어를 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서(110)를 포함한다. 이와 관련하여, 제어기(106)의 하나 이상의 프로세서(110)는 본 개시 전체에 걸쳐 설명된 다양한 프로세스 단계 중 임의의 단계를 실행할 수 있다. 또한, 제어기(106)는 오버레이 계측 시스템(100)의 임의의 컴포넌트에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 제어기(106)는 이미징 시스템(104)으로부터 이미지를 수신하고 그리고/또는 선택된 정렬 공차 내에서 샘플(102)을 정렬하기 위해 이미징 시스템(104)의 조정 가능한 컴포넌트를 제어하기 위해 이미징 시스템(104)에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 제어기(106)는 이미징 시스템(104)으로부터 수신된 이미지에 기초하여 샘플(102)의 2개 이상의 층과 연관된 오버레이를 결정할 수 있다.
제어기(106)의 하나 이상의 프로세서(110)는 해당 기술에서 공지된 임의의 프로세싱 요소를 포함할 수 있다. 이 점에서, 하나 이상의 프로세서(110)는 알고리즘 및/또는 명령어를 실행하도록 구성된 임의의 마이크로프로세서 유형 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(110)는, 본 개시 전체에 걸쳐 설명된 바와 같이, 오버레이 계측 시스템(100)을 동작하도록 구성된 프로그램을 실행시키도록 구성된, 데스크톱 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 컴퓨터, 또는 임의의 다른 컴퓨터 시스템(예컨대, 네트워킹된 컴퓨터)으로 구성될 수 있다. 용어 "프로세서”는 비일시적 메모리 매체(112)로부터의 프로그램 명령어를 실행시키는, 하나 이상의 프로세싱 요소를 갖는 임의의 디바이스를 포괄하도록 광범위하게 정의될 수도 있다고 또한 인정된다. 또한, 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 단계는 단일 제어기(106) 또는 대안적으로 다수의 제어기에 의해 수행될 수 있다. 추가적으로, 제어기(106)는 공통 하우징 또는 다수의 하우징 내에 수용된 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 임의의 제어기 또는 제어기의 조합은 오버레이 계측 시스템(100)으로의 통합에 적합한 모듈로서 별도로 패키징될 수 있다. 또한, 제어기(106)는 검출기 조립체(122)로부터 수신된 데이터를 분석하고 오버레이 계측 시스템(100) 내 또는 오버레이 계측 시스템(100) 외부의 추가 컴포넌트에 데이터를 공급할 수 있다.
메모리 매체(112)는, 연관된 하나 이상의 프로세서(110)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어를 저장하기 위해 적절한 종래 기술에서 공지된 임의의 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 메모리 매체(112)는 비일시적 메모리 매체를 포함할 수 있다. 또 다른 예시에 의해, 메모리 매체(112)는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 메모리 디바이스(예컨대, 디스크), 자기 테이프, 솔리드 스테이트 드라이브 등을 포함할 수 있지만 이것들에만 제한되지는 않는다. 또한, 메모리 매체(112)는 하나 이상의 프로세서(110)와 함께 공통 제어기 하우징에 하우징될 수 있다는 점에 주목한다. 하나의 실시예에서, 메모리 매체(112)는 하나 이상의 프로세서(110) 및 제어기(106)의 물리적 위치와 관련하여 원격에 위치될 수 있다. 예를 들면, 제어기(106)의 하나 이상의 프로세서(110)는 네트워크(예컨대, 인터넷, 인트라넷 등)를 통해 액세스 가능한 원격 메모리(예컨대, 서버)를 액세스할 수 있다. 그에 따라, 위의 설명은 본 발명에 관한 제한으로서가 아니라 단지 예시로서 해석되어야 한다.
도 1b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 이미징 오버레이 계측 시스템(100)의 개념도이다.
또 다른 실시예에서, 오버레이 계측 시스템(100)은 조명 빔(116)을 생성하기 위한 조명 소스(114), 조명 빔(116)을 샘플 스테이지(108)에 장착된 샘플(102)로 지향시키기 위한 조명 경로(118), 샘플(102)로부터 방출되는 방사선을 검출기 조립체(122)로 지향시키기 위한 수집 경로(120)를 포함한다. 예를 들어, 검출기 조립체(122)는 샘플(102)의 이미지를 캡처하기에 적합한 적어도 하나의 이미징 검출기를 포함할 수 있다.
조명 빔(116)은 진공 자외선(vacuum ultraviolet radiation; VUV), 심 자외선(deep ultraviolet radiation; DUV), 자외선(ultraviolet; UV) 방사선, 가시 광선 또는 적외선(infrared; IR) 방사선을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 선택된 파장의 광을 포함할 수 있다. 조명 소스(114)는 또한 임의의 범위의 선택된 파장을 포함하는 조명 빔(116)을 생성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 조명 소스(114)는 조정 가능한 스펙트럼을 갖는 조명 빔(116)을 생성하기 위해 스펙트럼 적으로 조정 가능한 조명 소스를 포함할 수 있다. 조명 소스(114)는 또한 임의의 시간적 프로파일을 갖는 조명 빔(116)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 조명 소스(114)는 연속 조명 빔(116), 펄스 조명 빔(116), 또는 변조 조명 빔(116)을 생성할 수 있다. 추가적으로, 조명 빔(116)은 자유 공간 전파 또는 안내된 광(예를 들어, 광섬유, 광 파이프 등)을 통해 조명 소스(114)로부터 전달될 수 있다.
조명 소스(114)는 조명 빔(116)을 제공하기에 적합한 임의의 유형의 조명 소스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조명 소스(114)는 레이저 소스이다. 예를 들어, 조명 소스(114)는 하나 이상의 협대역 레이저 소스, 광대역 레이저 소스, 초연속 레이저 소스, 백색광 레이저 소스 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 이와 관련하여, 조명 소스(114)는 높은 일관성(coherence)(예를 들어, 높은 공간적 일관성 및/또는 시간적 일관성)을 갖는 조명 빔(116)을 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 조명 소스(114)는 레이저 지속 플라즈마(laser-sustained plasma; LSP) 소스를 포함한다. 예를 들어, 조명 소스(114)는 레이저 소스에 의해 플라즈마 상태로 여기될 때 광대역 조명을 방출할 수 있은 하나 이상의 요소를 포함하기에 적합한 LSP 램프, LSP 전구 또는 LSP 챔버를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 또 다른 실시예에서, 조명 소스(114)는 램프 소스를 포함한다. 예를 들어, 조명 소스(114)는 아크 램프, 방전 램프, 무전극 램프 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이와 관련하여, 조명 소스(114)는 낮은 일관성(예를 들어, 낮은 공간적 일관성 및/또는 시간적 일관성)을 갖는 조명 빔(116)을 제공할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 조명 소스(114)는 조명 빔(116)을 조명 경로(118)를 통해 샘플(102)로 지향시킨다. 예를 들어, 조명 경로(118)는 조명 빔(116)을 샘플(102)에 포커싱하기 위한 대물 렌즈(124)를 포함할 수 있다. 조명 경로(118)는 조명 빔(116)을 수정 및/또는 조절하기에(conditioning) 적합한 하나 이상의 조명 경로 렌즈(126) 또는 조명 조절 컴포넌트(128)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 조명 조절 컴포넌트(128)는 하나 이상의 편광기, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 빔 스플리터, 하나 이상의 확산기, 하나 이상의 균질기(homogenizers), 하나 이상의 어포다이저(apodizers) 또는 하나 이상의 빔 쉐이퍼를 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 또 다른 예로서, 조명 경로(118)는 샘플(102) 상의 조명 각도를 제어하기 위한 애퍼처 조리개 및/또는 샘플(102) 상의 조명의 공간적 범위를 제어하기 위한 필드 조리개를 포함할 수 있다.
도 1c는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 조정 가능한 조명 애퍼처 조리개(130)를 갖는 조명 경로(118)의 개념도이다.
일 실시예에서, 조명 경로(118)는 샘플의 텔레센트릭 조명을 제공하기 위해 조명 애퍼처 조리개(130)를 포함한다. 예를 들어, 조명 애퍼처 조리개(130)는 대물 렌즈(124) 및/또는 튜브 렌즈(미도시됨)의 후면 초점 평면에 짝결합된(conjugate) 평면에 위치할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 조명 경로(118)는 샘플(102)로 지향되는 샘플(102) 상의 조명의 공간적 범위(spatial extent)를 제어하기 위한 조명 필드 조리개(132)를 포함한다. 예를 들어, 조명 필드 조리개(132)는 샘플(102)에 짝결합된 평면에 위치할 수 있다. 또한, 조명 경로(118)는 편리한 위치에 조명 애퍼처 조리개(130) 및 조명 필드 조리개(132)의 배치를 용이하게 하는 임의의 수의 조명 경로 렌즈(126)를 포함할 수 있다.
다시 도 1b를 참조하면, 수집 경로(120)는 (예를 들어, 조명 빔(116)에 응답하여) 샘플로부터 방출되는 방사선을 수집하고 수집된 방사선을 검출기 조립체(122)로 지향시키기 위해 임의의 수의 광학 요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 수집 경로(120)는 대물 렌즈(124)가 조명 빔(116)을 샘플(102)로 동시에 지향시키고 샘플(102)로부터 방사선을 수집할 수 있도록 배향된 빔 스플리터(134)를 포함한다. 수집 경로(120)는 하나 이상의 수집 경로 렌즈(136) 및/또는 예를 들면, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 편광기 또는 하나 이상의 빔 블록과 같이(이에 제한되지는 않음), 샘플(102)로부터의 방사선을 수정 및/또는 조절하기에 적절한 조절 수집 컴포넌트를 더 포함할 수 있다. 추가로, 수집 경로(120)는 샘플(102)로부터 수집된 방사선의 각도 범위를 제어하는 애퍼처 조리개 및/또는 샘플(102)의 이미지의 공간적 범위를 제어하기 위한 필드 조리개를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 수집 경로(120)는 조리개(140)를 포함한다. 예를 들어, 조리개(140)는 샘플(102)을 이미징할 때 이미지-공간 텔레센트릭시티를 제공하기 위해 대물 렌즈(124) 및/또는 튜브 렌즈(도시되지 않음)의 후면 초점 평면에 짝결합된 평면에 위치한 수집 애퍼처 조리개를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 조리개(140)는 검출기 조립체(122) 상의 이미지의 공간적 범위를 제어하기 위해 샘플(102)에 짝결합된 평면에 위치한 수집 필드 조리개를 포함할 수 있다. 또한, 수집 경로(120)는 편리한 위치에 조리개(140) 및 수집 필드 조리개의 배치를 용이하게 하는 임의의 수의 조명 경로 렌즈(126)를 포함할 수 있다.
검출기 조립체(122)는 샘플(102)로부터 방출되는 방사선을 캡처하기에 적합한 임의의 수의 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기 조립체(122)는 선택된 초점 위치에서 이미지를 생성하기에 적합한 하나 이상의 이미징 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미징 검출기는 전하-결합 디바이스(charge-coupled device; CCD), 상보적 금속-산화물-반도체(complementary metal-oxide-semiconductor; CMOS) 디바이스, 시간 지연 이미징(time delay imaging; TDI) 검출기, 하나 이상의 광증배관(photomultiplier tube; PMT), 하나 이상의 애벌란시 포토다이오드(avalanche photodiode; APD) 등을 포함할 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 또 다른 실시예에서, 검출기 조립체(122)는 샘플(102)로부터 방출되는 방사선의 파장을 식별하는데 적합한 분광 검출기를 포함할 수 있다.
이제 도 2 내지 도 8b를 참조하면, 사이트 별 정렬이 일반적으로 설명된다.
일 실시예에서, 오버레이 계측 시스템(100)은 이미징 시스템(104)의 사이트 별 정렬을 수행한다. 예를 들어, 오버레이 계측 시스템(100)은 샘플(102)에 걸쳐 분포된 다수의 오버레이 타겟에서 오버레이 측정을 수행할 수 있고 오버레이 타겟의 임의의 선택된 수에 대해 이미징 시스템(104)을 개별적으로 더 정렬할 수 있다. 예를 들어, 오버레이 타겟의 오버레이 측정은 일반적으로 오버레이 타겟을 이미징 시스템(104)의 시야로 (예를 들어, 샘플 스테이지(108)를 사용해) 병진하는(translate) 것으로 시작할 수 있다. 그러나, 샘플(102)의 물리적 변화 및/또는 샘플 스테이지(108)의 오류는 보정되지 않으면 오버레이 측정의 정확도에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 정렬 오류를 초래할 수 있다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 따른, 이미지 기반 오버레이 계측에 적합한 오버레이 타겟(202)의 평면도이다. 일 실시예에서, 오버레이 타겟(202)은 고급 이미징 계측(advanced imaging metrology; AIM) 오버레이 타겟을 포함한다. 예를 들어, 오버레이 타겟(202)은 샘플(102)의 제1 층 상의 하나 이상의 제1 층 피처(204) 및 샘플(102)의 제2 층 상의 하나 이상의 제2 층 피처(206)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 층 및 제2 층 사이의 오버레이는 제1 층 피처(204) 및 제2 층 피처(206)의 상대적 위치에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 제1 층 피처(204) 및/또는 제2 층 피처(206)는 직교 방향으로 오버레이 측정을 용이하게 하도록 배향될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 오버레이 타겟(202)은 제1 층 피처(204) 및 제2 층 피처(206)의 일부가 제1 방향을 따라 정렬되고 제1 층 피처(204) 및 제2 층 피처(206)의 일부가 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따라 배향되는 4개의 사분면을 포함할 수 있다. 또한, 제1 층 피처(204) 및 제2 층 피처(206)는 세분화될(segmented) 수 있지만 반드시 필요한 것은 아니다.
도 2에 도시된 오버레이 타겟(202) 및 관련 설명은 오로지 예시 목적으로 제공되며 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 오버레이 타겟은 샘플(102)의 임의의 수의 층(예를 들어, 3개의 층, 4개의 층 등) 상의 피처를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 오버레이 타겟의 피처는 박스-인-박스 패턴(box-in-box pattern) 또는 격자 위 격자 패턴(grating-over-grating pattern)과 같은(이에 제한되지 않음) 이미지 기반 오버레이 측정에 적합한 임의의 선택된 패턴으로 배향될 수 있다.
정렬 오류는 초점 오류 및 텔레센트릭시티 오류와 같은(이에 제한되지 않음) 오버레이 타겟(예를 들어, 오버레이 타겟(202))으로부터의 오버레이 측정에 영향을 미칠 수 있은 임의의 유형의 정렬 메트릭과 연관될 수 있다. 예를 들어, 초점 오류는 오버레이 타겟의 이미지가 초점을 벗어나도록 공칭 초점 위치에 대한 오버레이 타겟의 높이의 편차와 연관될 수 있다. 측정 이미지의 디포커스(defocus)는 이미지 대비 및 피처 에지의 측정 정밀도를 줄이는 것과 같은 다양한 방식으로 오버레이 측정에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또 다른 예로서, 텔레센트릭시티 오류는 TIS를 유발할 수 있다. 이와 관련하여, 피처의 겉보기 위치(apparent positions)는 오버레이 오프셋 오류를 유발할 수 있는, 이미징 시스템(104)에서의 초점 위치의 함수로서 측방향으로 이동하는 것처럼 보일 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 시스템(104)은 각각의 선택된 오버레이 측정 사이트(예를 들어, 각각의 선택된 오버레이 타겟)에 대한 상이한 초점 위치에서 이미징 시스템(104)으로부터 2개 이상의 정렬 이미지를 생성한다. 2개 이상의 초점 위치에서의 정렬 이미지는 정렬 오류(예를 들어, 초점 오류, 텔레센트릭시티 오류, 센터링 오류 등)를 정확하게 결정하기에 충분한 정보를 제공할 수 있으며 따라서 사이트별로 정렬 오류의 완화를 용이하게 할 수 있음이 여기에서 인식된다. 그런 다음, 제어기(106)는 정렬 이미지에 기초하여 정렬 데이터를 생성 한 다음, 샘플(102)이 선택된 사이트에서 정렬 공차 밖에 있는 경우, 선택된 정렬 공차 내에서 샘플(102)을 정렬하도록 이미징 시스템(104)에 지시할 수 있다. 이미징 시스템(104)이 정렬되면, 이미징 시스템(104)은 측정 이미지를 생성할 수 있고 제어기(106)는 측정 이미지에 기초하여 샘플(102)의 2개 이상의 층에 대한 오버레이 측정을 제공할 수 있다.
이미징 시스템(104)은 정렬 이미지를 순차적으로 또는 동시에 캡처할 수 있다. 도 3은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 순차적 정렬 이미지를 캡처하기에 적합한 이미징 시스템(104)의 개념도이다. 일 실시예에서, 이미징 시스템(104)의 검출기 조립체(122)는 단일 이미징 검출기(302)를 포함한다. 따라서, 이미징 시스템(104)은 샘플(102)의 초점 위치를 순차적으로 수정하고 이미징 검출기(302)로 이미지를 캡처함으로써 정렬 이미지를 캡처할 수 있다.
이미징 시스템(104) 내의 샘플(102)의 초점 위치는 임의의 요소 조합을 사용하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 샘플(102)의 초점 위치는 샘플 스테이지(108)를 통해 조정될 수 있다. 또 다른 예로서, 샘플(102)의 초점 위치는 대물 렌즈(124) 또는 이미징 검출기(302)와 같은(이에 한정되지 않음) 수집 경로(120)의 하나 이상의 요소의 위치를 조정함으로써 제어될 수 있다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 동시 정렬 이미지를 캡처하기에 적합한 이미징 시스템의 개념도이다. 일 실시예에서, 검출기 조립체(122)는 선택된 초점 위치에서 이미지를 동시에 캡처하도록 구성된 2개 이상의 이미징 검출기를 포함한다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이, 검출기 조립체(122)는 3개의 선택된 초점 위치에서 샘플(102)의 3개의 이미지를 동시에 캡처하기 위해 3개의 이미징 검출기(302a 내지 302c)를 포함할 수 있다. 검출기 조립체(122)는, 샘플(102)로부터 방출되는 방사선을 이미징 검출기(30)에 의해 캡처될 복수의 경로를 따라 분할 및 지향시키기 위한, 예를 들면, 하나 이상의 빔 스플리터(304), 하나 이상의 프리즘(306), 하나 이상의 미러(미도시됨), 또는 하나 이상의 검출기 렌즈(미도시됨)과 같은(이에 제한되지는 않음) 검출기 광학 요소를 더 포함할 수 있다.
검출기 조립체(122)는 임의의 선택된 초점 위치에서 이미지를 캡처하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 검출기 조립체(122)는, 샘플(102)이 정렬될 것으로 예상되는 공칭(예를 들어, 이상적인) 초점 위치에서 이미지를 캡처하도록 구성된 1개의 이미징 검출기, 및 공칭 초점 위치로부터 선택된 오프셋에서 이미지를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 추가 이미징 검출기를 포함한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 이미징 검출기(302b)는 공칭 초점 위치에서 이미지를 캡처하도록 구성될 수 있고, 이미징 검출기(302a)는 공칭 초점 위치로부터 선택된 포지티브 오프셋에서 이미지를 캡처하도록 구성될 수 있으며, 이미징 검출기(302c)는 공칭 초점 위치로부터 선택된 네거티브 오프셋에서 이미지를 캡처하도록 구성될 수 있다. 공칭 초점 위치는 추가적으로 대물 렌즈(124)의 사양에 기초한 수차 보정 이미징 구성에 대응할 수 있다.
정렬 이미지로부터 추출된 정렬 데이터는 이미징 시스템(104) 내에서 선택된 오버레이 타겟을 정렬하기 위한 보정 가능 항목(correctables)을 제공하기에 적합한 임의의 유형의 데이터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 정렬 데이터는 이미지 대비와 같은, 하지만 이에 제한되지는 않는, 정렬 이미지의 상대적인 디포커스를 나타내는 초점 데이터를 포함한다. 그런 다음, 그러한 데이터는 (예를 들어, 제어기(106)에 의해) 샘플의 초점 위치를 정확하게 조정하여 선택된 오버레이 타겟이 검출기 조립체(122)(예를 들어, 도 3의 단일 이미징 검출기(302), 도 4의 공칭 이미징 검출기(302b) 등)의 선택된 카메라에서 초점이 맞도록 사용될 수 있다.
예를 들어, 오버레이 타겟(예를 들어, 오버레이 타겟(202))의 이미지는 일반적으로 배경에 대해 보이는 제1 층 피처(204) 및 제2 층 피처(206)를 포함하는 높은 이미지 대비를 포함할 수 있다. 또한, 이미지 대비는 일반적으로 오버레이 타겟이 초점에 있을 때 가장 높을 수 있으며 일반적으로 디포커스가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 따라서 오버레이 타겟의 피처와 각 정렬 이미지에 대한 배경 사이의 이미지 강도(예를 들어, 픽셀 값)의 차이와 연관된 이미지 대비 데이터는 각 정렬 이미지와 연관된 상대적 디포커스를 나타낼 수 있다. 따라서, 2개 이상의 정렬 이미지와 연관된 초점 데이터가, (예를 들어, 제어기(106)에 의해), 선택된 오버레이 타겟이 검출기 조립체(12)(예를 들면, 도 3의 단일 이미징 검출기(302), 도 4의 공칭 이미징 검출기(302b) 등)의 선택된 카메라에서 선택된 초점 공차(예컨대, 원하는 이미지 품질을 제공하는 선택된 초점 위치 범위 등) 내에서 포커싱되도록 오버레이 타겟에 대한 초점 위치를 조정하는데 이용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 정렬 이미지로부터의 초점 데이터는 선택된 초점 공차 내에서 오버레이 타겟(202)에 대한 초점 위치를 조정하기 위해 보정된(calibrated) 초점 데이터와 비교된다. 예를 들어, 보정된 초점 데이터는 공칭 초점 위치(예를 들어, 스루 초점 곡선(through focus curve))의 어느 한 면에서 디포커스의 함수로서 이미지 대비 데이터를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 또한, 보정된 초점 데이터는 둘 이상의 정렬 이미지에 의해 제공되는 것보다 더 미세한 초점 위치 해상도로 생성될 수 있다. 이와 관련하여, 정렬 이미지의 초점 데이터는 오버레이 측정을 위한 공칭 초점의 효율적인 결정을 제공하기 위해 보정된 초점 데이터의 포인트에 매핑될 수 있다.
보정된 초점 데이터는 임의의 방식으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 보정된 초점 데이터는 런타임 시 또는 런타임 이전에 오버레이 타겟(예를 들어, 오버레이 타겟(202))의 일련의 트레이닝 이미지를 통해 생성될 수 있다. 또 다른 경우에, 보정된 초점 데이터는 일련의 시뮬레이션을 통해 생성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 정렬 데이터는 선택된 오버레이 타겟(예를 들어, 오버레이 타겟(202))의 텔레센트릭시티 오류를 나타내는 텔레센트릭시티 데이터를 포함한다. 예를 들어, 텔레센트릭시티 오류는 초점 위치의 함수로서 피처 크기의 변화(예를 들면, 이미지 배율의 변화)로 나타날 수 있다. 또 다른 예로서, 텔레센트릭시티 오류는 상이한 초점 위치에서 이미징될 때 피처의 측방향 이동으로 나타날 수 있다. 따라서, 텔레센트릭시티 데이터는 오버레이 타겟의 피처들의 상대적 위치 정보를 포함할 수 있다. 또한, 그러면, 측방향 이동의 크기 및/또는 방향이 텔레센트릭시티 오류를 보정하는 데 사용될 수 있다.
텔레센트릭시티 오류는 순차적으로 또는 동시에 서로 다른 초점 위치에서 캡처되는 두 개 이상의 정렬 이미지를 기반으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 정렬 이미지가 단일 이미징 검출기(30)에 캡처되는 경우(예를 들어, 도 3의 구성 또는 이와 유사한 구성), 텔레센트릭시티 데이터는 각각의 정렬 이미지에서 오버레이 타겟의 선택된 피처의 위치 및/또는 배향 정보를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 위치 및/또는 배향 정보는 피처의 픽셀 위치로 표현될 수 있다.
또 다른 예에 의해, 정렬 이미지가 다수의 이미징 검출기(302)(예를 들어, 도 4의 구성 또는 이와 유사한 구성)에 의해 생성되는 경우, 오버레이 타겟의 선택된 피처의 위치 및/또는 배향 정보는 각 카메라 상의 보정된 위치들에 참조될 수 있다. 예를 들어, 다수의 이미징 검출기(302)의 위치에서의 상대적인 변동 및/또는 불안정성은 상이한 초점 위치에 걸쳐 피처의 위치 이동을 정확하게 측정하는 능력에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 시스템(104)은 하나 이상의 기준 패턴을 2개 이상의 이미징 검출기(302) 바로 위에 투영하기 위한 패턴 프로젝터를 포함한다. 이와 관련하여, 투영된 기준 패턴은 서로에 대해 이미징 검출기(302)를 보정하고 각 정렬 이미지에 대한 오버레이 타겟의 선택된 피처 위치를 측정하기 위한 기준을 더 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 이미징 시스템(104)에 통합된 패턴 프로젝터(502)의 개념도이다. 일 실시예에서, 패턴 프로젝터(502)는 이미징 검출기(302) 상에 패턴 마스크(506)의 이미지를 생성하기 위해, 조명 빔을 생성하도록 구성된 프로젝터 조명 소스(504), 패턴 마스크(506), 및 투영 광학계(508)를 포함한다. 예를 들어, 패턴 마스크(506)에 의해 통과된 조명은 빔 스플리터(134)에 의해 직접 이미징 검출기(302)에 바로 지향될 수 있다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 패턴 마스크(506)의 평면도이다. 패턴 마스크(506)는 이미징 검출기(302) 상으로 투영될 하나 이상의 패턴(602)을 포함한다. 또한, 패턴(602)은 검출기 조립체(122) 상의 오버레이 타겟의 상대적인 측방향 위치를 모니터링하기에 적합한 패턴 요소의 임의의 분포를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 패턴 마스크(506)는 직교 방향을 따라 이미징 검출기(302)의 모니터링을 용이하게 하기 위해 직교 방향을 따라 배향된 격자 구조를 포함한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 패턴 마스크(506)는 제1 방향을 따라 분포된 요소를 갖는 적어도 하나의 격자 패턴 및 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따라 분포된 요소를 갖는 적어도 하나의 격자 패턴을 포함할 수 있다.
패턴(602)은 이미징 검출기(302)의 임의의 부분 상에 투영되도록 추가로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 패턴(602)은 패턴 마스크(506)의 외부 영역을 따라 배치될 수 있으며, 선택된 오버레이 타겟의 이미징을 위한 중앙 개방 영역(604)을 남긴다. 도 7은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 도 6의 패턴 마스크(506)로부터의 패턴(602)의 투영된 이미지와 중첩된 오버레이 타겟(702)의 개념적 이미지(700)이다. 예를 들어, 도 7의 이미지(700)는 검출기 조립체(122)의 임의의 이미징 검출기(예를 들어, 도 4의 이미징 검출기(302) 또는 도 5의 임의의 이미징 검출기(302a-302c))에 의해 캡처될 수 있다.
일 실시예에서, 오버레이 타겟(702)은 이미지(700)의 중앙 부분에서 볼 수 있는 반면, 패턴(602)은 이미지(700)의 외부 영역에서 볼 수 있다. 또한, 패턴(602)은 오버레이 타겟(702)의 이미지와 연관되지 않은 검출기 조립체(122)의 이미징 검출기의 부분에 투영될 수 있다. 예를 들어, 오버레이 타겟(702)은 흰색 배경에 검은색 피처로서 보일 수 있으며, 여기서 흰색 배경(예를 들어, 도 7의 정사각형)의 경계(704)는 이미징 시스템(104)의 수집 필드 조리개를 사용하여 제어될 수 있다.
투영 광학계(508)는, 예를 들면, 렌즈 또는 조리개와 같은(이에 제한되지는 않음), 패턴 마스크(506)의 이미지를 이미징 검출기(302) 상에 투영하는데 적합한 광학 요소의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 투영 광학계(508)는 이미징 검출기 상의 패턴(602)의 이미지를 생성하는데 사용되는 회절 차수를 제어 및/또는 선택하기 위한 암시야 마스크를 포함한다. 예를 들어, 검출기 조립체(122)의 각각의 이미징 검출기(302) 상에 패턴 마스크(506)의 초점이 맞는 이미지를 투영하는 것이 바람직할 수 있음이 본원에서 인식된다. 그러나, 패턴 마스크(506)와 개별 이미징 검출기(302) 사이의 광 경로 길이는 동일하지 않을 수 있다(예를 들어, 도 7 참조). 또한, 동일한 진폭의 두 회절 차수에 의해서만 형성된 격자 구조(예를 들어, 도 6에 도시된 패턴 마스크(506) 상의 격자 패턴(602))의 이미지는 큰 피사계 심도(depth of field)를 통해 높은 대비를 가질 수 있다는 것이 또한 인식된다.
도 8a 및 8b는 패턴 마스크(506)로부터 1차 회절(예를 들어, +/-1 회절 차수)만을 통과시키도록 구성된 암시야 필터를 갖는 투영 광학계(508)를 도시한다. 도 8a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 암시야 조리개(802)를 포함하는 투영 광학계(508)의 개념도이다. 도 8b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라 1차 회절(예를 들어, +/-1 회절 차수)를 선택하도록 구성된 암시야 조리개(802)의 평면도이다.
일 실시예에서, 패턴 프로젝터(502)의 투영 광학계(508)는 투영 렌즈(804)의 회절 평면에 위치된 암시야 조리개(802)를 포함한다. 이와 관련하여, 암시야 조리개(802)는 패턴 마스크(506)에 의해 회절된 프로젝터 조명 소스(504)로부터 선택된 회절 차수의 조명을 통과시키는 공간 필터로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 도 8a 및 8b에 예시된 바와 같이, 암시야 조리개(802)는 패턴 마스크(506) 상의 임의의 방향으로 배향된 격자 패턴(602)으로부터 1차 회절 차수(예를 들어, +1 회절 차수(808a) 및 -1 회절 차수(808b))를 통과하도록 구성된 환형 투과 부분(806)을 포함할 수 있다. 따라서 암시야 조리개(802)는 0차 회절(810) 및 2차 회절(예를 들어, +2 회절 차수(812a) 및 -2 회절 차수(812b))과 같은(이에 한정되지는 않음) 잔여 회절 차수를 차단하기 위해 반사 및/또는 흡수 영역을 포함할 수 있다.
프로젝터 조명 소스(504)는 조명의 임의의 공간적 프로파일을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 8b에 도시된 바와 같이, 프로젝터 조명 소스(504)는, 회절된 차수(808a-812)가 정사각형 프로파일을 가질 수 있도록 정사각형 코어 섬유 기반 조명 소스를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 도시되지는 않았지만, 프로젝터 조명 소스(504)는 회절된 차수(808a-812)가 원형 프로파일을 가질 수 있도록 원형 분포를 갖는 조명을 생성할 수 있다.
또한, 투영 광학계(508)는 암시야 조리개(802)에 의해 통과된 조명을 이미징 검출기(302)에 중계하도록 구성된 하나 이상의 추가 투영 렌즈(814)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, 추가 투영 렌즈(814)는 암시야 조리개(802)에 의해 통과된 광을 시준할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 추가 렌즈(예를 들어, 수집 경로 렌즈(136), 및/또는 검출기 조립체(122)(미도시됨) 내의 추가 렌즈)는 시준된 광을 수신하고 이미징 검출기(302) 상의 패턴(602)의 이미지를 생성할 수 있다.
패턴 마스크(506)는 반사형 또는 투과형 마스크로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5 내지 도 8b에 도시된 바와 같이, 투과형 패턴 마스크(506) 상의 패턴(602)은 불투명 영역으로 둘러싸인 패턴 마스크(506)의 투명 영역으로서 형성될 수 있다. 대조적으로, 반사형 패턴 마스크(506)(미도시됨) 상의 패턴(602)은 투명 및/또는 흡수 영역에 의해 둘러싸인 패턴 마스크(506)의 반사 영역으로서 형성될 수 있다.
도 5 내지 8b에 도시된 패턴 프로젝터(502) 및 관련 설명은 오로지 예시 목적으로 제공되며 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 패턴 마스크(506)는 이미징 검출기(302)의 상대적 위치를 모니터링하기에 적합한 패턴 요소의 임의의 분포를 가질 수 있다. 또 다른 예로서, 암시야 조리개(802)는 임의의 선택된 회절 차수를 통과시키기 위해 투과, 반사 또는 흡수 부분의 임의의 분포를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이, 다수의 이미징 검출기(302) 상에서 생성된 패턴 마스크(506)로부터의 패턴(602)의 이미지는 이미징 검출기들(302) 사이의 임의의 측방향 변위를 모니터링하는 것을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 이미징 검출기(302)의 상대적인 이동(예를 들어, 진동, 오정렬 등에 기인함)은 이동된 이미징 검출기(302) 상의 투영된 패턴의 위치의 이동으로서 관찰될 수 있다.
또한, 다수의 이미징 검출기(302)에서 생성된 패턴 마스크(506)로부터의 패턴(602)의 이미지는 이미징 시스템(104)에서 오버레이 타겟의 텔레센트릭시티의 모니터링을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 오버레이 타겟의 피처의 위치는 각각의 이미징 검출기(302) 상의 이미징된 패턴(602)에 대해 측정될 수 있다. 또한, 이미징 검출기(302)는, 이미징 시스템(104)이 선택된 공차 내에 정렬될 때, 하나의 이미징 검출기(302) 상의(예컨대, 투영 패턴(602)에 대해 측정된) 주어진 위치에서 관찰된 피처가 다른 이미징 검출기(302) 상의 공지된 위치에서 기대될 수 있도록 서로에 대해 보정될 수 있다. 이와 관련하여, 텔레센트리시티 오류는 보정에 기초하여 예상 위치로부터 오버레이 타겟의 피처 위치의 편차에 기초하여 결정될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 오버레이 타겟의 이미지 품질은 이미징 시스템(104)의 피처 형상 또는 수차와 관련된 에지 회절 효과와 같은(이에 제한되지는 않음) 다양한 요인으로 인해 균일하지 않을 수 있음이 본 명세서에서 인정된다. 또 다른 실시예에서, 정렬 데이터(예를 들어, 초점 데이터, 텔레센트릭시티 데이터, 센터링 데이터 등)는 오버레이 타겟의 하나 이상의 선택된 부분(예를 들어, 하나 이상의 선택된 피처 또는 선택된 피처의 부분)에 기초하여 생성된다. 예를 들어, 주기적 피처를 갖는 오버레이 타겟의 이미지는 회절 효과로 인해 주변 영역에 비해 중앙 영역(208)에서 더 높은 품질을 가질 수 있다. 따라서, 정렬 데이터는 주기적 구조를 포함하는 오버레이 타겟의 중앙 영역(208)과 같은(이에 한정되지 않음) 오버레이 타겟의 선택된 영역만을 기반으로 생성될 수 있다.
정렬 이미지가 캡처되는 초점 위치의 수 및/또는 분포가 정렬 보정의 정확도와 처리량 사이의 트레이드 오프에 영향을 미칠 수 있다는 것이 여기에서 더 인식된다. 예를 들어, 정렬 이미지가 측정되는 초점 위치의 수를 늘리면 정렬 데이터(예를 들면, 초점 데이터, 텔레센트릭시티 데이터, 센터링 데이터 등)의 정확도가 증가할 수 있지만 처리량은 감소할 수 있다. 따라서, 정렬 이미지의 수는 임의의 주어진 애플리케이션의 필요 및 사양에 기초해 조정될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 오버레이 계측 시스템(100)의 하나 이상의 컴포넌트는 샘플(102) 상의 각각의 선택된 오버레이 타겟에 대한 정렬 조정(예를 들어, 초점 조정, 텔레센트릭시티 조정 등)을 용이하게 하도록 조정 가능하다. 또한, 제어기(106)는 오버레이 계측 시스템(100)의 하나 이상의 조정 가능한 컴포넌트에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 제어기(106)는 선택된 공차(예를 들어, 초점 공차, 텔레센트릭시티 공차, 센터링 공차 등) 내에서 샘플을 정렬하기 위해 조정 가능한 컴포넌트를 지시 및/또는 제어할 수 있다.
예를 들어, 초점 오류는 이미징 시스템(104)의 임의의 컴포넌트 또는 컴포넌트들을 사용하여 샘플(102)의 초점 위치를 조정함으로써 (예를 들어, 제어기(106)로) 제어될 수 있다. 예를 들어, 샘플(102)의 초점 위치는 샘플 스테이지(108)를 통해 조정될 수 있다. 또 다른 예로서, 샘플(102)의 초점 위치는 대물 렌즈(124) 또는 이미징 검출기(302)와 같은(이에 한정되지 않음) 수집 경로(120)의 하나 이상의 요소의 위치를 조정함으로써 제어될 수 있다.
또 다른 예로서, 텔레센트릭시티 오류는 이미징 시스템(104)의 하나 이상의 컴포넌트를 조정함으로써(예를 들어, 제어기(106)로) 제어될 수 있다. 한 예에서, 텔레센트릭시티는 샘플(102) 상의 조명 각도를 조정하기 위해 조명 애퍼처 조리개(130)의 위치를 조정함으로써 제어될 수 있다. 또 다른 예에서, 텔레센트릭시티는 조리개(140)의 위치를 조정하여 이미지를 생성하는 데 사용되는 샘플(102)로부터의 방사 각도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 또 다른 예에서, 텔레센트릭시티는 (예를 들어, 샘플 스테이지(108)를 사용해) 샘플(102)의 틸트를 조정함으로써 제어될 수 있다.
또 다른 예에 의해, 센터링 오류는, (예를 들어, 제어기(106)를 사용하여) 오버레이 타겟의 선택된 피처들의 위치를 이미징 시스템(104)의 시야 내의 예를 들면, 시야의 중앙(이에 제한되지는 않음)과 같은 선택된 위치로 조정하도록 샘플 스테이지(108)를 조정함으로써 제어될 수 있다.
도 9는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 사이트 별 오버레이 계측을 위한 방법(900)에서 수행되는 단계를 예시하는 흐름도이다. 출원인은 시스템(100)과 관련하여 본 명세서에서 앞서 설명된 실시예 및 인에이블링 기술(enabling technologies)이 방법(900)으로 확장되도록 해석되어야 한다는 점에 주목한다. 그러나, 방법(900)은 시스템(100)의 아키텍처로 제한되지 않는다는 것이 추가로 주목된다.
선택된 수의 오버레이 타겟에 대한 오버레이 계측 도구의 사이트 별 정렬은 매우 정확한 오버레이 측정을 용이하게 하기 위해 샘플의 국부적 변화를 보정할 수 있음이 여기에서 인식된다.
하나의 실시예에서, 본 방법(900)은, 이미징 시스템(예를 들면, 이미징 시스템(104))에 의해 2개 이상의 초점 위치에서 캡처된 샘플의 2개 이상의 정렬 이미지를 수신하는 단계(902)를 포함하고, 2개 이상의 정렬 이미지는 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처를 포함한다. 정렬 이미지는 순차적으로 또는 동시에 생성될 수 있다. 예를 들어, 단일 카메라를 사용하여 샘플의 초점 위치를 조정하고 순차적으로 정렬 이미지를 캡처하여 정렬 이미지가 순차적으로 생성될 수 있다. 또 다른 예로서, 정렬 이미지는 미리 선택된 초점 위치에서 이미지를 생성하도록 구성된 다중 카메라를 사용하여 순차적으로 생성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 방법(900)은 2개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 이미징 시스템에서 샘플의 정렬 데이터를 생성하는 단계(904)를 포함한다. 예를 들어, 정렬 데이터는 정렬 이미지가 취해진 초점 위치를 나타내는 정렬 이미지로부터 추출된 초점 데이터를 포함할 수 있다. 초점 데이터는 정렬 이미지의 이미지 대비 데이터를 포함할 수 있지만 반드시 포함할 필요는 없다. 또한, 이미지 대비 데이터는 정렬 이미지의 모든 픽셀로부터 또는 정렬 이미지의 선택된 부분 내에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 이미지 대비 데이터는 계측 타겟의 선택된 피처를 포함하는 정렬 이미지의 부분으로부터 추출될 수 있지만 반드시 추출될 필요는 없다. 또 다른 예로서, 정렬 데이터는 2개 이상의 정렬 이미지에 기초한 이미징 시스템의 샘플의 텔레센트릭시티 데이터를 포함할 수 있다. 텔레센트릭시티 데이터는 초점 위치의 함수로서 정렬 이미지에서 오버레이 타겟의 이미징된 피처의 측방향 이동으로서 나타나는 텔레센트릭시티 오류를 포함할 수 있지만 반드시 포함할 필요는 없다. 추가 예로서, 정렬 데이터는 이미징 시스템의 시야 내에서 오버레이 타겟의 정렬과 연관된 센터링 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 센터링 데이터는 정렬 이미지 내의 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처의 위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미징 시스템의 시야 내에서 전체 오버레이 타겟을 센터링하는 것이 바람직할 수 있다. 또 다른 예에서, 오버레이 타겟의 선택된 부분(예를 들어, 오버레이 타겟의 선택된 사분면, 선택된 층 상의 선택된 피처 그룹 등)을 이미징 시스템의 시야 내에서 센터링하는 것이 바람직할 수 있다.
오버레이 타겟의 이미징된 피처의 위치 및 상이한 초점 위치에서 취해진 정렬 이미지 세트를 가로지르는 이미징된 피처의 측방향 이동은 당 업계에 공지된 임의의 기술을 사용하여 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 센터링 및/또는 텔레센트릭 시티 모니터링에 적합한 위치 데이터는 정렬 이미지를 생성하는 데 사용되는 이미징 카메라에 투영된 기준 패턴에 기초하여 결정된다. 이와 관련하여 다수의 이미징 카메라의 측방향 위치는 상호 참조 및 보정될 수 있다. 따라서, 정렬 이미지에서 오버레이 타겟의 이미징된 피처의 측방향 이동은 각 개별 카메라에 대해 기준 패턴에 대한 이미징된 피처의 위치를 기반으로 측정될 수 있다. 또한, 기준 패턴은 카메라의 편차 및/또는 오정렬이 모니터링되고 완화될 수 있도록 카메라를 보정하는 데 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 방법(900)은, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차(예를 들어, 초점 공차, 텔레센트릭시티 공차, 센터링 공차 등) 내에 있을 때 2개 이상의 정렬 이미지를 측정 이미지로서 설정하는 단계(906)를 포함한다. 예를 들어, 이것은 정렬 이미지가 캡처될 때 오버레이 타겟이 선택된 정렬 공차 내에서 적절하게 정렬될 수 있는 경우일 수 있다. 따라서, 정렬 이미지는 정렬 이미지를 기반으로 둘 이상의 샘플 층 사이의 오버레이가 추출될 수 있도록 측정 이미지의 역할을 할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 방법(900)은, 이미징 시스템에서 오버레이 타겟의 정렬을 조정하고, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차를 벗어날 때 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 측정 이미지를 추가로 수신하도록 이미징 시스템에게 지시하는 단계(908)를 포함한다. 예를 들어, 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 공차를 벗어난 경우, 오버레이 타겟은 이미징 시스템 내에서 재정렬될 수 있으며 오버레이를 결정하기에 적합한 추가 이미지가 생성될 수 있다.
예를 들어, 단계(908)는 (예를 들어, 제어기(106)를 통해) 선택된 초점 공차 내에서 오버레이 타겟을 재정렬하기 위해 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트의 조정을 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 한 예에서, 각 정렬 이미지의 이미지 대비(이에 제한되지는 않음)와 같은 초점 데이터는 샘플의 현재 초점 위치를 결정하기 위해 보정된 초점 데이터 세트에 매핑될 수 있다. 따라서, 오버레이 타겟이 이미징 시스템의 검출기 상에서 초점이 맞춰지도록 샘플의 초점 위치가 조정될 수 있다. 또한 초점 위치는, 샘플을 고정하는 샘플 스테이지의 위치 조정, 이미징 시스템의 대물 렌즈 위치 조정 또는 이미징 시스템의 검출기 위치 조정과 같은(이에 제한되지는 않는) 당업계에 알려진 임의의 수단에 의해 조정될 수 있다.
또 다른 예로서, 단계(908)는 (예를 들어, 제어기(106)를 통해) 선택된 텔레센트릭 시티 공차 내에서 오버레이 타겟을 재정렬하도록 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트의 조정을 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 텔레센트릭시티는 오버레이 계측 도구의 조명 암(illumination arm) 또는 이미징 암에서 애퍼처 조리개를 조정함으로써 제어될 수 있다. 또 다른 예에서 텔레센트릭시티는 샘플의 틸트를 조정하여 제어될 있다.
또 다른 예로서, 단계(908)는 (예를 들어, 제어기(106)를 통해) 오버레이 타겟의 일부를 이미징 시스템의 시야 내의 선택된 위치에 배치하도록 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트의 조정을 지시하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오버레이 타겟의 일부는 이미징 시스템의 시야 내에 센터링될 수 있지만 필수는 아니다.
오버레이 타겟이 선택된 정렬 공차 내에서 정렬되면, 단계(908)는 샘플의 2개 이상의 층의 오버레이를 결정하기에 적합한 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 추가 이미지(예를 들어, 측정 이미지)를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 방법(900)은 적어도 하나의 측정 이미지(예를 들어, 정렬 이미지와 연관된 측정 이미지 또는 재정렬 후에 캡처된 추가 이미지)에 기초하여 샘플의 2개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 단계(910)를 포함한다.
2개 이상의 샘플 층들 사이의 오버레이는 임의의 수의 측정 이미지를 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 오버레이는 당업계에 알려진 임의의 오버레이 방법(예를 들어, 두 개 이상의 층에서 이미징된 피처의 상대적 위치에 기초하여 오버레이가 결정되는 이미지 기반 오버레이 방법 또는 두 개 이상의 층 상의 중첩된 격자 구조의 회절 광에 대한 모델 기반 분석을 기반으로 오버레이가 결정되는 산란계측 기반 방법)을 사용하여 단일 측정 이미지를 사용하여 결정될 수 있다. 또 다른 예로서, 오버레이는 상이한 초점 위치에서 2개 이상의 측정 이미지를 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 오버레이는 제1 이미지에 기초하여 결정될 수 있고, 측정 정확도를 증가시키기 위해 오버레이 측정에 대한 보정을 제공하기 위해 상이한 초점 위치에서의 추가 측정 이미지들 간의 변화가 사용될 수 있다. 예를 들어, 텔레센트릭시티 오류는 먼저 서로 다른 초점 위치에서 캡처된 두 개 이상의 추가 측정 이미지에 걸쳐 이미징된 피처의 상대적 위치 이동을 기반으로 결정된다. 또한, 일단 알려진 텔레센트릭시티 오류는 오버레이 측정에 대한 보정을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 이것은, 추가적인 재정렬 및 측정 절차(예를 들어, 단계(908))가 필요하지 않도록 다수의 측정 이미지를 사용하는 후처리(post-processing)를 사용하여 특정 공차 내의 일부 정렬 부정확성이 보정될 수 있는 경우일 수 있다.
본 명세서에 기술된 특허 대상은 때로는 다른 컴포넌트 내에 포함되거나 다른 컴포넌트와 접속되는 상이한 컴포넌트들을 설명한다. 그러한 도시된 아키텍처는 단지 예시적인 것이며 실제로 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍처가 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 개념적 의미에서, 동일한 기능을 달성하기 위한 컴포넌트의 임의의 배열은 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관된다(associated)". 따라서, 여기서 특정 기능을 달성하기 위해 결합된 임의의 2개의 컴포넌트는 아키텍처 또는 중간 매개 컴포넌트와 관계없이 원하는 기능이 달성되도록 "서로 연관된(associated with)" 것으로 볼 수 있다. 유사하게, 이와 같이 연관된 임의의 2개의 컴포넌트는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "접속된(connected)" 또는 "결합된(coupled)" 것으로 간주될 수 있고, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 컴포넌트는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "결합 가능한(couplable)" 것으로 간주될 수 있다. 결합 가능의 특정 예는 물리적으로 상호 작용 가능하고 그리고/또는 물리적으로 상호 작용하는 컴포넌트, 및/또는 무선으로 상호 작용 가능하고 그리고/또는 무선으로 상호 작용하는 컴포넌트, 및/또는 논리적으로 상호 작용 가능하고 그리고/또는 논리적으로 상호 작용하는 컴포넌트를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
본 개시 및 그 많은 부수적인 장점들은 전술한 설명에 의해 이해될 것으로 믿어지고, 개시되는 특허 대상으로부터 벗어나지 않고 또는 그 중요한 장점들을 모두 희생하지 않고 컴포넌트의 형태, 구성 및 배열에 있어서 각종 변화가 이루어질 수 있다는 점은 명백할 것이다. 여기에서 설명한 형태는 단지 예를 든 것이고, 첨부되는 청구항들은 그러한 변화들을 포함하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (44)

  1. 오버레이 계측 시스템에 있어서,
    두 개 이상의 초점 위치에서 대물 렌즈를 통해 이미지를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 카메라를 포함하는 텔레센트릭(telecentric) 이미징 시스템에 통신가능하게 결합된 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는 프로그램 명령어를 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하고,
    상기 프로그램 명령어는, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 이미징 시스템에 의해 두 개 이상의 초점 위치에서 캡처된 샘플 상의 오버레이 타겟의 두 개 이상의 정렬 이미지를 수신하고 - 상기 두 개 이상의 정렬 이미지는 상기 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처(feature)를 포함함 -;
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 상기 이미징 시스템 내에서의 상기 오버레이 타겟의 정렬을 나타내는 정렬 데이터를 생성하고;
    상기 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 허용오차(tolerance) 내에 있는 경우, 상기 두 개 이상의 정렬 이미지를 측정 이미지로서 설정하고;
    상기 오버레이 타겟의 정렬이 상기 선택된 정렬 허용오차 밖에 있는 경우, 상기 이미징 시스템에서 상기 오버레이 타겟의 정렬을 조정할 것과 상기 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 측정 이미지를 추가로 수신할 것을 상기 이미징 시스템에게 지시하며;
    상기 측정 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 상기 샘플의 두 개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하게 하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은,
    상기 두 개 이상의 초점 위치를 이미징하도록 구성된 두 개 이상의 카메라
    를 포함하고, 상기 두 개 이상의 카메라는 상기 두 개 이상의 정렬 이미지를 동시에 생성하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미징 시스템은,
    상기 오버레이 타겟의 초점 위치가 변경됨에 따라 상기 두 개 이상의 정렬 이미지를 순차적으로 생성하도록 구성된 단일 카메라
    를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오버레이 타겟의 초점 위치는 상기 샘플을 고정시키는 샘플 스테이지를 병진시킴으로써(translating) 변경되는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 오버레이 타겟의 초점 위치는 상기 이미징 시스템의 대물 렌즈를 병진시킴으로써 변경되는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 오버레이 타겟의 초점 위치는 상기 이미징 시스템의 검출기를 병진시킴으로써 변경되는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측정 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 상기 샘플의 두 개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 것은,
    상기 측정 이미지 중 하나에 기초하여 상기 샘플의 두 개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측정 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 상기 샘플의 두 개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 것은,
    상기 측정 이미지 중 적어도 두 개에 기초하여 상기 샘플의 두 개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 데이터는,
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지에서 상기 오버레이 타겟의 초점 품질을 나타내는 초점 데이터
    를 포함하고, 상기 선택된 정렬 허용오차는 선택된 초점 허용오차를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 초점 데이터는,
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지의 이미지 대비(contrast) 데이터
    를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 대비 데이터는,
    상기 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처 중 적어도 일부와 배경 영역 사이의 픽셀 값의 차이
    를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지 각각에 대한 이미지 대비 데이터를 생성하는 것은,
    상기 오버레이 타겟의 상기 하나 이상의 피처 중 적어도 일부의 공간 주파수 분석을 수행하는 것
    을 포함하고, 상기 이미지 대비 데이터는 선택된 공간 주파수의 상대적 강도에 기초하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 정렬 데이터를 생성하는 것은,
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지 각각에 대한 이미지 대비 데이터를 생성하는 것; 및
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지의 이미지 대비 데이터를 교정된(calibrated) 이미지 대비 데이터와 비교함으로써 상기 샘플의 초점 데이터를 결정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 교정된 이미지 대비 데이터는,
    복수의 초점 위치에서의 테스트 피처의 이미지로부터의 이미지 대비 데이터
    를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 교정된 이미지 대비 데이터는 상기 복수의 초점 위치에서의 상기 테스트 피처의 이미지의 수신 시 상기 제어기에 의해 생성되는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 교정된 이미지 대비 데이터는 상기 샘플의 초점 데이터를 결정하기 전에 상기 제어기에 의해 수신되는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 데이터는,
    상기 이미징 시스템에서 상기 오버레이 타겟의 텔레센트리시티(telecentricity) 품질을 나타내는 텔레센트리시티 데이터
    를 포함하고, 상기 선택된 정렬 허용오차는 선택된 텔레센트리시티 허용오차를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 텔레센트리시티 데이터를 결정하는 것은,
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지에서의 상기 하나 이상의 피처의 위치 변동에 기초하여 상기 텔레센트리시티 데이터를 결정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지에서의 상기 하나 이상의 피처의 위치 변동에 기초하여 상기 텔레센트리시티 데이터를 결정하는 것은,
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지 각각에서의 상기 하나 이상의 피처의 위치를 결정하는 것; 및
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 초점 위치의 함수로서의 상기 하나 이상의 피처의 위치 변화율(rate of positional change)로서 텔레센트리시티 오차를 측정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    하나 이상의 패턴을 상기 이미징 시스템의 하나 이상의 카메라 상으로 투영하도록(project) 구성된 패턴 프로젝터
    를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 패턴은 상기 하나 이상의 피처의 위치 변동을 결정하기 위한 기준 데이터를 제공하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 텔레센트리시티 데이터를 결정하는 것은,
    상기 하나 이상의 패턴에 대한 상기 두 개 이상의 정렬 이미지 각각에서의 상기 하나 이상의 피처의 위치를 결정하는 것; 및
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 초점 위치의 함수로서의 상기 하나 이상의 피처의 위치 변화율로서 텔레센트리시티 오차를 측정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 패턴은,
    제1 방향을 따른 적어도 하나의 패턴; 및
    상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따른 적어도 하나의 패턴
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 패턴은,
    패턴 요소(pattern element)의 주기적 분포를 포함하는 하나 이상의 격자 패턴
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 패턴 프로젝터는,
    상기 하나 이상의 패턴을 포함하는 패턴 마스크;
    상기 패턴 마스크를 조명하도록 구성된 조명 소스; 및
    상기 하나 이상의 카메라 상에서 상기 패턴 마스크의 이미지를 생성하도록 구성된 패턴 이미징 시스템
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 하나 이상의 패턴은,
    제1 방향을 따라 주기적으로 분포된 패턴 요소를 포함하는 적어도 하나의 격자 패턴; 및
    상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따라 주기적으로 분포된 패턴 요소를 포함하는 적어도 하나의 격자 패턴
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 패턴 프로젝터는,
    상기 패턴 이미징 시스템의 동공면에 위치하여 상기 하나 이상의 패턴에 의해 회절된 상기 조명 소스로부터의 조명을 수신하는 암시야 조리개(darkfield stop)
    를 더 포함하고, 상기 암시야 조리개의 애퍼처는 상기 제1 방향을 따른 두 개의 선택된 회절 차수와 상기 제2 방향을 따른 두 개의 선택된 회절 차수를 통과시키는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 방향을 따른 두 개의 선택된 회절 차수는 +1 회절 차수 및 -1 회절 차수를 포함하고, 상기 제2 방향을 따른 두 개의 선택된 회절 차수는 +1 회절 차수 및 -1 회절 차수를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 암시야 조리개는 환형 애퍼처를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  29. 제9항에 있어서,
    상기 이미징 시스템에서 상기 오버레이 타겟의 정렬을 조정할 것을 상기 이미징 시스템에게 지시하는 것은,
    상기 선택된 초점 허용오차 내에서 상기 이미징 시스템을 정렬하도록 상기 샘플의 초점 위치를 제어하기 위해 상기 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 조정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 선택된 초점 허용오차 내에서 상기 이미징 시스템을 정렬하도록 상기 샘플의 초점 위치를 제어하기 위해 상기 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 조정하는 것은,
    상기 샘플을 고정시키는 샘플 스테이지의 위치를 조정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 선택된 초점 허용오차 내에서 상기 이미징 시스템을 정렬하도록 상기 샘플의 초점 위치를 제어하기 위해 상기 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 조정하는 것은,
    상기 대물 렌즈의 위치를 조정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 선택된 초점 허용오차 내에서 상기 이미징 시스템을 정렬하도록 상기 샘플의 초점 위치를 제어하기 위해 상기 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 조정하는 것은,
    검출기의 위치를 조정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 데이터는,
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지에서 상기 오버레이 타겟의 초점 품질을 나타내는 초점 데이터 - 상기 선택된 정렬 허용오차는 선택된 초점 허용오차를 포함함 -; 및
    상기 이미징 시스템에서 상기 오버레이 타겟의 텔레센트리시티 품질을 나타내는 텔레센트리시티 데이터 - 상기 선택된 정렬 허용오차는 선택된 텔레센트리시티 허용오차를 포함함 -
    를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 이미징 시스템에서 상기 오버레이 타겟의 정렬을 조정할 것을 상기 이미징 시스템에게 지시하는 것은,
    상기 선택된 텔레센트리시티 허용오차 내에서 상기 이미징 시스템을 정렬하기 위해 상기 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 제어하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 선택된 텔레센트리시티 허용오차 내에서 상기 이미징 시스템을 정렬하기 위해 상기 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 제어하는 것은,
    애퍼처 조리개의 위치를 조정하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 선택된 텔레센트리시티 허용오차 내에서 상기 이미징 시스템을 정렬하기 위해 상기 이미징 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 제어하는 것은,
    샘플 스테이지를 사용하여 상기 샘플의 틸트(tilt)를 제어하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 애퍼처 조리개는 조명 서브시스템의 광학 경로 내에 있는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 애퍼처 조리개는 상기 이미징 시스템의 광학 경로 내에 있는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  39. 제1항에 있어서,
    상기 이미징 시스템에서 상기 오버레이 타겟의 정렬을 조정할 것을 상기 이미징 시스템에게 지시하는 것은,
    상기 오버레이 타겟의 적어도 하나의 선택된 피처를 상기 이미징 시스템의 시야 내에서 센터링(centering)하는 것
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처는,
    상기 오버레이 타겟의 일부
    를 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  41. 제1항에 있어서,
    상기 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처는 상기 오버레이 타겟의 선택된 층 상에 위치되는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 오버레이 타겟의 선택된 층은,
    레지스트 층
    을 포함하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  43. 오버레이 계측 시스템에 있어서,
    두 개 이상의 초점 위치에서 대물 렌즈를 통해 이미지를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 카메라를 포함하는 텔레센트릭 이미징 시스템; 및
    상기 이미징 시스템에 통신가능하게 결합된 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는 프로그램 명령어를 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하고,
    상기 프로그램 명령어는, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 이미징 시스템에 의해 두 개 이상의 초점 위치에서 캡처된 샘플 상의 오버레이 타겟의 두 개 이상의 정렬 이미지를 수신하고 - 상기 두 개 이상의 정렬 이미지는 상기 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처를 포함함 -;
    상기 두 개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 상기 이미징 시스템 내에서의 상기 오버레이 타겟의 정렬을 나타내는 정렬 데이터를 생성하고;
    상기 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 허용오차 내에 있는 경우, 상기 두 개 이상의 정렬 이미지를 측정 이미지로서 설정하고;
    상기 오버레이 타겟의 정렬이 상기 선택된 정렬 허용오차 밖에 있는 경우, 상기 이미징 시스템에서 상기 오버레이 타겟의 정렬을 조정할 것과 상기 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 측정 이미지를 추가로 수신할 것을 상기 이미징 시스템에게 지시하며;
    상기 측정 이미지 중 적어도 하나에 기초하여 상기 샘플의 두 개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하게 하는 것인, 오버레이 계측 시스템.
  44. 오버레이 계측 방법에 있어서,
    텔레센트릭 이미징 시스템에 의해 두 개 이상의 초점 위치에서 캡처된 샘플의 두 개 이상의 정렬 이미지를 수신하는 단계 - 상기 두 개 이상의 정렬 이미지는 오버레이 타겟의 하나 이상의 피처를 포함함 -;
    하나 이상의 프로세서로, 상기 두 개 이상의 정렬 이미지에 기초하여 상기 이미징 시스템 내에서의 상기 오버레이 타겟의 정렬을 나타내는 정렬 데이터를 생성하는 단계;
    상기 오버레이 타겟의 정렬이 선택된 정렬 허용오차 내에 있는 경우, 상기 두 개 이상의 정렬 이미지를 측정 이미지로서 설정하는 단계;
    상기 오버레이 타겟의 정렬이 상기 선택된 정렬 허용오차 밖에 있는 경우, 상기 이미징 시스템에서 상기 오버레이 타겟의 정렬을 조정할 것과 상기 이미징 시스템으로부터 하나 이상의 측정 이미지를 추가로 수신할 것을 상기 이미징 시스템에게 지시하는 단계; 및
    하나 이상의 프로세서로, 상기 측정 이미지에 기초하여 상기 샘플의 두 개 이상의 층들 사이의 오버레이를 결정하는 단계
    를 포함하는, 오버레이 계측 방법.
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