KR102631832B1 - 다중 광대역 출력을 갖는 방사선 소스를 구비한 계측 장치 - Google Patents

다중 광대역 출력을 갖는 방사선 소스를 구비한 계측 장치 Download PDF

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Abstract

리소그래피 제조 프로세스에서 사용하기 위한 계측 장치가 개시된다. 계측 장치는 복수의 광학 경로로 분할되는 출력을 갖는 구동 레이저를 포함하는 방사선 소스를 포함하되, 각각의 광학 경로는 개개의 광대역 광 생성기를 포함한다. 계측 장치는 구조체를 조명하기 위한 조명 광학계, 구조체에 의해 산란된 산란 방사선을 검출하기 위한 적어도 하나의 검출 시스템, 및 산란 방사선으로부터 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 프로세서를 더 포함한다.

Description

다중 광대역 출력을 갖는 방사선 소스를 구비한 계측 장치
본 출원은 2019년 2월 15일자로 출원된 EP 출원 제19157342.7호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 리소그래피 제조 프로세스의 일부로서 측정을 수행하기 위한 계측 장치에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 적용하도록 구성된 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)에 있는 패턴(또는 "설계 레이아웃" 또는 "설계"로도 지칭됨)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상에 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 전형적인 파장은 365nm(i-line), 248nm, 193nm 및 13.5nm 이다. 4-20 nm 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm 의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예컨대 파장 193 nm의 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 로우-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 식은 CD = k1 × λ/NA로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치에서의 투영 광학계의 개구수이고, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄되는 최소 피처 크기이지만, 이 경우 1/2 피치)이고, k1은 실험상 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특별한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위해 회로 설계자가 계획한 형상 및 치수와 유사한 기판 상의 패턴을 재현하는 것이 더 어려워진다. 이러한 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세 조정 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어 NA의 최적화, 커스터마이즈 조명 스킴, 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC, 종종 "광학 및 프로세스 보정"이라고도 함)과 같은 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 "분해능 향상 기법"(RET)으로 일반적으로 규정되는 기타 다른 방법이 여기에 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
계측 툴은 IC 제조 프로세스의 여러 양상에서 사용되는데, 예를 들어 노광 전에 기판을 적절하게 배치하기 위한 정렬 툴, 기판의 표면 토폴로지를 측정하는 레벨링 툴, 예컨대 프로세스 제어에 있어서 노광 및/또는 에칭된 제품을 검사/측정하기 위한 포커스 제어 및 산란계측 기반 툴 등이다. 각각의 경우에 방사선 소스가 필요하다. 다수의 센서가 제공되는 경우 다수의 방사선 소스가 바람직하다.
보다 효율적인 방식으로 다중 광대역 방사선 소스를 구현하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 리소그래피 제조 프로세스에서 사용하기 위한 계측 장치를 제공하며, 복수의 광학 경로로 분할되는 출력을 갖는 구동 레이저를 포함하는 방사선 소스 - 각각의 광학 경로는 개개의 광대역 광 생성기를 포함하고, 광대역 광 생성기는 광대역 방사선을 생성하기 위한 가스-충전 중공 코어 광결정 섬유를 포함함 -; 상기 방사선 소스로부터의 방사선으로 기판 상의 구조체를 조명하기 위한 조명 광학계; 구조체에 의해 산란된 산란 방사선을 검출하기 위한 적어도 하나의 검출 시스템; 및 상기 산란 방사선으로부터 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 프로세서를 포함한다.
이제 본 발명의 실시예에 관해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 개략도이다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략도이다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 계측 디바이스로 사용되는 산란계측 장치의 개략적인 도면이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 레벨 센서의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함할 수 있는 정렬 센서의 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스의 개략적인 도면이다.
도 8은 광대역 방사선을 생성하는 초연속체 광섬유의 예를 나타낸다.
본 개시내용에서, 용어 "방사선" 및 "빔"은 자외선(예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 갖는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5-100 nm 범위의 파장을 갖는 극 자외선)를 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 포괄하기 위해 사용된다. 본 명세서에 사용되는 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는, 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하여, 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는 데 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. "광 밸브"라는 용어 또한 이와 관련하여 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과형 또는 반사형, 바이너리, 위상 시프팅, 하이브리드 등) 이외에 다른 패터닝 디바이스의 예는, 프로그래밍 가능한 미러 어레이 및 프로그래밍 가능한 LCD 어레이를 포함한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기로도 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결되는 마스크 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 기판 지지체를 정확히 위치설정하도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결되는 기판 지지체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
동작 시에 조명 시스템(IL)은, 예컨대 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형 및/또는 제어하기 위해 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 및/또는 기타 다른 유형의 광학 컴포넌트 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔(B)의 단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"(PS)이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적합하고 및/또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한 것으로서, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 애너모픽, 자기형, 전자기형 및/또는 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"(PS)이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있고, 이는 또한 액침 리소그래피라 불린다. 액침 기술에 대한 추가 정보는 US6952253에 제공되어 있으며, 이는 본 명세서에 원용에 의해 통합된다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 지지체(WT)(또한 "이중 스테이지"라고도 함)를 갖는 유형일 수도 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기기에서는, 기판 지지체(WT)가 병렬적으로 사용될 수 있고, 및/또는 기판(W)의 후속 노광을 준비하는 단계가 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W) 상에서 수행되면서, 나머지 기판 지지대(WT) 상의 또 다른 기판(W)은 이러한 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광하기 위해 이용될 수 있다.
기판 지지체(WT) 이외에, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배열된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 특성 또는 방사선 빔(B)의 특성을 측정하도록 배열될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 보유할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 액침액을 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배열될 수 있다. 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 떨어져 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스, 예컨대 마스크(MA) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴(설계 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 거친 후에, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하게 되며, 투영 시스템(PS)은 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커싱한다. 제2 위치설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는 예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로 내에서 포커싱되고 및 정렬된 위치에 다양한 타겟부(C)를 위치설정하기 위해 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 가능하게는 또 다른 위치 센서(도 1에는 명확히 도시되지는 않음)가 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하기 위해 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용화된 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치할 수도 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 이들이 타겟부(C) 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있는데, 이는 때때로 리소셀 또는 (리소) 클러스터라고도 하며, 종종 기판(W)에 노광 전 및 노광 후 프로세스를 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함하며, 이들은 예를 들어 기판(W)의 온도를 컨디셔닝하기 위한 것이며, 예컨대 레지스트 층에서 용매를 컨디셔닝하기 위한 것이다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)에 기판(W)을 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 리소셀 내의 이들 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 예컨대 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되도록, 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 검사 툴(미도시)이 리소 셀(LC)에 포함될 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch) 또는 로트의 다른 기판(W)이 노광되거나 처리되기 전에 검사가 수행된다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대해 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 처리 단계에 대해 조정이 이루어질 수 있다.
검사 장치(계측 장치라고도 칭할 수도 있음)가 기판(W)의 속성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연관되는 속성이 층마다 어떻게 달라지는지 또는 상이한 기판들(W)의 속성이 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소 셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후 레지스트 층 내의 이미지) 또는 반잠상 이미지(노광후 베이크 단계(PEB) 이후 레지스트 층의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거됨), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭 등의 패턴 전사 단계 이후)에 대해 속성을 측정할 수 있다.
일반적으로 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 프로세스는 기판(W) 상의 구조체의 치수설정 및 배치의 높은 정확도를 요하는 처리에 있어서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위해 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 3개의 시스템이 소위 "홀리스틱" 제어 환경으로 조합될 수 있다. 이들 시스템 중 하나는 계측 툴(MT)(제2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상으로) 연결된 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 핵심은 이들 3개의 시스템 사이의 협력을 최적화하여 전체적인 프로세스 윈도우를 향상시키고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 엄격한 제어 루프를 제공하는 것이다. 프로세스 윈도우는 특정 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성하게 되는 프로세스 파라미터(예를 들어, 선량, 포커스, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 일반적으로 이러한 윈도우 내에서 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터가 변화하도록 허용된다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 어떤 분해능 향상 기법을 사용할지를 예측하고 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 가장 큰 전체 프로세스 윈도우를 달성하는지를 결정하도록 컴퓨테이션 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행하기 위해 패터닝될 설계 레이아웃(의 일부)을 사용할 수 있다(도 3에서 첫 번째 스케일 SC1에 양방향 화살표로 표시됨). 전형적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한, 예컨대 최적이 아닌 처리로 인해 결함이 존재할 수 있는지를 예측하기 위해, (예를 들어, 계측 툴(MT)으로부터의 입력을 사용하여) 프로세스 윈도우 내의 어느 곳에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하는 중인지를 검출하기 위해 사용될 수도 있다(예를 들어, 도 3에서 두 번째 스케일 SC2에 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨).
계측 툴(MT)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하도록 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있고, 예를 들면 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있어서, 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다(도 3에서 세 번째 스케일 SC3에 다수의 화살표로 도시됨).
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하는 툴은 일반적으로 계측 툴(MT)이라고 한다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 스케터로미터 계측 툴(MT)을 포함하여, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 유형의 계측 툴(MT)이 알려져 있다. 스캐터로미터는, 이러한 스캐터로미터의 대물계의 퓨필 평면 또는 퓨필 평면과 공액인 평면에 센서를 구비함으로써(이 경우 측정은 일반적으로 퓨필 기반 측정이라 함) 또는 이미지 평면 또는 이러한 이미지 평면에 공액인 평면에 센서를 구비함으로써(이 경우 측정은 이미지 또는 필드 기반 측정이라 함) 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정을 가능하게 하는 다목적 기구이다. 이러한 스캐터로미터 및 관련 측정 기법은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 추가로 설명되어 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 전술한 스캐터로미터는 연질 x-선 및 가시광선에서부터 근적외선 파장 범위의 광을 사용하여 격자를 측정할 수 있다.
제1 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 각도 분해 스캐터로미터이다. 이러한 스캐터로미터에서 격자의 특성을 재구성하거나 계산하기 위해 측정된 신호에 재구성 방법이 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델과의 상호 작용을 시뮬레이션하고 그 시뮬레이션 결과와 측정의 결과를 비교한 결과일 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
제2 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 분광 스캐터로미터이다. 이러한 분광 스캐터로미터(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟으로 지향되고 타겟으로부터 반사 또는 산란된 방사선은 분광계 검출기로 지향되어, 정반사된 방사선의 스펙트럼(즉, 파장의 함수로서의 세기 측정)을 측정하게 된다. 이러한 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 생성하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 예를 들어 엄격 결합파 분석 및 비선형 회귀에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다.
제3 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 타원계측 스캐터로미터이다. 타원계측 스캐터로미터는 각각의 편광 상태에 대해 산란된 방사선을 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치는 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션에서 적절한 편광 필터를 사용함으로써 편광된 광(예를 들어, 선형, 원형 또는 타원형 편광된 광)을 방출한다. 계측 장치에 적합한 소스는 또한 편광된 방사선을 제공할 수 있다. 기존의 타원계측 스캐터로미터의 다양한 실시예가 미국 특허 출원 11/451,599, 11/708,678, 12/256,780, 12/486,449, 12/920,968, 12/922,587, 13/000,229, 13/033,135, 13/533,110 및 13/891,410 등에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
스캐터로미터 등의 계측 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이는 기판(W) 상에 방사선을 투영하는 광대역(백색광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사 또는 산란 방사선은 정반사된 방사선의 스펙트럼(6)(즉, 파장의 함수로서의 세기의 측정)을 측정하는 분광계 검출기(4)로 전달된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 생성하는 구조체 또는 프로파일(8)이 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있으며, 이는 예를 들어, 정밀 결합파 분석 및 비선형 회귀 분석에 의해 또는 도 3의 하단에 표시된 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼 라이브러리와의 비교를 통해 이루어진다. 일반적으로, 이러한 재구성을 위해, 구조체의 일반적인 형태가 알려져 있으며, 일부 파라미터는 구조체가 만들어진 프로세스에 대한 지식으로부터 추정되고, 산란계측 데이터로부터 결정되어야 하는 구조체의 몇 가지 파라미터만이 남게 된다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로 구성될 수 있다.
계측 타겟의 측정을 통한 리소그래피 파라미터의 전체적인 측정 품질은 이러한 리소그래피 파라미터를 측정하는 데에 사용되는 측정 레시피에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용된 측정이 회절 기반 광학 측정인 경우, 측정의 하나 이상의 파라미터는 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 배향 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준 중 하나는 예를 들어, 프로세싱 변동에 대한 측정 파라미터 중 하나의 감도일 수 있다. 추가적인 예가 미국 특허 출원 US2016/0161863 및 공개된 미국 출원 US US 2016/0370717A1에 기술되어 있으며, 이들은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
IC 제조에 사용되는 또 다른 유형의 계측 툴은 토포그래피 측정 시스템, 레벨 센서 또는 높이 센서이다. 그러한 툴은 기판(또는 웨이퍼)의 상부 표면의 토포그래피를 측정하기 위해 리소그래피 장치에 통합될 수도 있다. 높이 맵이라고도 하는 기판의 토포그래피 맵은 기판 상의 위치의 함수로서 기판의 높이를 나타내도록 이들 측정치로부터 생성될 수 있다. 이러한 높이 맵은 기판 상의 적절한 초점 위치에 패터닝 디바이스의 공간상을 제공하기 위해 기판 상의 패턴의 전사 동안에 기판의 위치를 수정하기 위해 후속적으로 사용될 수도 있다. 이러한 문맥에서 "높이"는 광범위하게 기판에 대해 평면으로부터 벗어난 치수를 지칭하는 것으로 이해될 것이다(Z-축으로도 지칭됨). 일반적으로, 레벨 또는 높이 센서는 (자체 광학 시스템에 대해) 고정된 위치에서 측정을 수행하고, 기판과 레벨 또는 높이 센서의 광학 시스템 사이의 상대 이동을 통해 기판을 가로지르는 위치에서 높이 측정이 일어나게 된다.
당업계에 공지된 바와 같은 레벨 또는 높이 센서(LS)의 예가 도 5에 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 작동 원리만을 예시한다. 이러한 예에서, 레벨 센서는 투영 유닛(LSP) 및 검출 유닛(LSD)을 포함하는 광학 시스템을 포함한다. 투영 유닛(LSP)은 투영 유닛(LSP)의 투영 격자(PGR)에 의해 부여되는 방사선 빔(LSB)을 제공하는 방사선 소스(LSO)를 포함한다. 방사선 소스(LSO)는, 예를 들어 초연속체 광원과 같은 협대역 또는 광대역 방사선 소스, 편광 또는 비편광, 펄스형 또는 연속형, 예를 들어 편광 또는 비편광 레이저 빔일 수 있다. 방사선 소스(LSO)는 복수의 LED와 같이 서로 다른 색상 또는 파장 범위를 갖는 복수의 방사선 소스를 포함할 수 있다. 레벨 센서(LS)의 방사선 소스(LSO)는 가시 방사선으로 제한되지 않고, 추가적으로 또는 대안적으로 UV 및/또는 IR 방사선 및 기판의 표면으로부터 반사되기에 적합한 임의의 범위의 파장을 포괄할 수 있다.
투영 격자(PGR)는 주기적으로 변화하는 세기를 갖는 방사선 빔(BE1)을 생성하는 주기적 구조를 포함하는 주기적 격자이다. 주기적으로 변화하는 세기를 갖는 방사선 빔(BE1)은, 0도 내지 90도로, 통상적으로 70도 내지 80도로, 입사 기판 표면에 수직인 축(Z축)에 대해 입사각(ANG)을 갖고 기판(W) 상의 측정 위치(MLO)를 향해 지향된다. 측정 위치(MLO)에서, 패터닝된 방사선 빔(BE1)은 기판(W)에 의해 반사되고(화살표 BE2로 표시됨) 검출 유닛(LSD)을 향해 지향된다.
측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨을 결정하기 위해, 레벨 센서는 검출 격자(DGR), 검출기(DET) 및 검출기(DET)의 출력 신호를 처리하기 위한 처리 유닛(미도시)을 포함하는 검출 시스템을 더 포함한다. 검출 격자(DGR)는 투영 격자(PGR)와 동일할 수도 있다. 검출기(DET)는, 광검출기와 같이, 수신된 광을 나타내거나(예컨대 수신된 광의 세기를 나타내거나) 카메라와 같이 수신된 세기의 공간적 분포를 나타내는 검출기 출력 신호를 생성한다. 검출기(DET)는 하나 이상의 검출기 유형의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
삼각 측량 기법을 사용하여 측정 위치(MLO)에서의 높이 레벨을 결정할 수 있다. 검출된 높이 레벨은 일반적으로 검출기(DET)에 의해 측정된 신호 강도와 관련되며, 이러한 신호 강도는 특히 투영 격자(PGR)의 설계 및 (비스듬한) 입사각(ANG)에 의존하는 주기성을 갖는다.
투영 유닛(LSP) 및/또는 검출 유닛(LSD)은 투영 격자(PGR)와 검출 격자(DGR) 사이의 패터닝된 방사선 빔의 경로를 따라 렌즈 및/또는 거울과 같은 추가 광학 요소를 포함할 수 있다(도시되지 않음).
일 실시예에서, 검출 격자(DGR)는 생략될 수 있고, 검출 격자(DGR)가 배치된 위치에 검출기(DET)가 배치될 수도 있다. 이러한 구성은 투영 격자(PGR)의 이미지에 대한보다 직접적인 감지를 제공한다.
기판(W)의 표면을 효과적으로 커버하기 위해, 레벨 센서(LS)는 기판(W)의 표면 상에 측정 빔(BE1)의 어레이를 투영하도록 구성될 수 있고, 이로써 더 큰 측정 범위를 커버하는 측정 영역(MLO) 또는 스폿의 어레이를 생성할 수 있다.
일반적인 유형의 다양한 높이 센서가 예를 들어 US7265364 및 US7646471에 개시되어 있으며, 이러한 문헌 모두 원용에 의해 포함된다. 가시광선 또는 적외선 대신 UV 방사선을 사용하는 높이 센서가 US2010233600A1에 개시되어 있으며, 이러한 문헌은 원용에 의해 포함된다. 원용에 의해 포함되는 WO2016102127A1에서는 검출 격자를 필요로 하지 않으면서 격자 이미지의 위치를 감지하고 인식하기 위해 다중-요소 검출기를 사용하는 컴팩트한 높이 센서에 관해 설명하고 있다.
IC 제조에 사용되는 또 다른 유형의 계측 툴은 정렬 센서이다. 따라서, 리소그래피 장치의 성능의 중요한 양상은 이전 층에 (동일한 장치 또는 상이한 리소그래피 장치에 의해) 레이아웃된 피처들과 관련하여 적용된 패턴을 올바르고 정확하게 배치할 수 있는 능력이다. 이러한 목적을 위해, 기판에는 하나 이상의 마크 또는 타겟 세트가 제공된다. 각각의 마크는 나중에 위치 센서, 일반적으로 광학 위치 센서를 사용하여 위치를 측정할 수 있는 구조체이다. 위치 센서는 "정렬 센서"로 지칭될 수 있고 마크는 "정렬 마크"로 지칭될 수 있다.
리소그래피 장치는 기판 상에 제공된 정렬 마크들의 위치들이 정확하게 측정될 수 있는 하나 이상의(예컨대, 복수의) 정렬 센서들을 포함할 수 있다. 정렬(또는 위치) 센서는 회절 및 간섭과 같은 광학적 현상을 이용하여 기판에 형성된 정렬 마크로부터 위치 정보를 얻을 수 있다. 현재 리소그래피 장치에서 널리 사용되는 정렬 센서의 일례는 미국 특허 제6,961,116 호에 기재된 자기-참조 간섭계에 기초한다. 예를 들어 US2015261097A1에 개시된 바와 같이 위치 센서의 다양한 개선 및 수정사항이 발전되어 왔다. 이들 문헌 모두의 내용은 원용에 의해 본원에 포함된다.
도 6은 원용에 의해 포함되는 예를 들어 US6961116에 설명되어 있는 것과 같은 공지된 정렬 센서(AS)의 실시예의 개략적인 블록도이다. 방사선 소스(RSO)는, 조명 스폿(SP)으로서, 기판(W) 상에 위치된 마크(AM)와 같은 마크 상에 방향전환 광학계에 의해 방향전환되는 하나 이상의 파장의 방사선 빔(RB)을 제공한다. 이러한 예에서 방향전환 광학계는 스폿 미러(SM)와 대물 렌즈(OL)를 포함한다. 마크(AM)가 조명되는 조명 스폿(SP)은 마크 자체의 폭보다 직경이 약간 작을 수 있다.
마크(AM)에 의해 회절된 방사선은 정보 전달 빔(IB)으로 시준된다(이러한 예에서는 대물 렌즈(OL)를 통해). "회절된"이라는 용어는 마크로부터의 0차 회절(반사라고 할 수 있음)을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 위에서 언급된 US6961116에 개시된 유형의 자기-참조 간섭계(SRI)는 빔이 광검출기(PD)에 의해 수광된 후에 빔(IB)과 자체적으로 간섭한다. 방사선 소스(RSO)에 의해 둘 이상의 파장이 생성되는 경우 별도의 빔들을 제공하기 위해 추가의 광학계(도시되지 않음)가 포함될 수 있다. 광검출기는 단일 요소일 수 있거나 필요한 경우 다수의 픽셀을 포함할 수도 있다. 광검출기는 센서 어레이를 포함할 수 있다.
이러한 예에서 스폿 미러(SM)를 포함하는 방향전환 광학계는, 정보 전달 빔(IB)이 마크(AM)로부터의 고차 회절 방사선만을 포함하도록, 마크로부터 반사된 0차 방사선을 차단하는 역할을 할 수도 있다(이는 측정에 필수적인 것은 아니고, 신호 대 잡음비를 향상시킴).
세기 신호(SI)가 처리 유닛(PU)에 공급된다. 블록(SRI) 내의 광학 처리와 유닛(PU) 내의 계산 처리의 조합에 의해 기준 프레임에 대한 기판 상의 X 및 Y-위치의 값들이 출력된다.
예시된 유형의 단일 측정은 단지 마크의 한 피치에 해당하는 특정 범위 내에서 마크의 위치를 고정한다. 정현파의 어느 주기가 마크된 위치를 포함하는 주기인지를 식별하기 위해 이것과 함께 좀 더 개략적인 측정 기술이 사용된다. 마크가 제조되는 재료와 마크가 제공되는 위치의 아래 및/또는 위의 재료에 관계없이 향상된 정확도 및/또는 마크의 로버스트한 검출을 위해 더 개략적인 및/또는 더 미세한 수준에서의 동일한 프로세스가 서로 다른 파장에서 반복될 수도 있다. 파장은 광학적으로 다중화 및 역다중화되어 동시에 처리될 수 있고/있거나 시분할 또는 주파수 분할에 의해 다중화될 수 있다.
이러한 예에서 정렬 센서와 스폿(SP)은 고정된 채로 유지되는 한편 이동하는 것은 기판(W)이다. 따라서 정렬 센서는, 기판(W)의 이동 방향과 반대 방향으로 마크(AM)를 효과적으로 스캔하면서, 기준 프레임에 견고하고 정확하게 장착될 수 있다. 기판(W)이 기판 지지체 상에 장착되고 기판 위치설정 시스템이 기판 지지체의 움직임을 제어함으로써 기판(W)의 움직임이 제어된다. 기판 지지체 위치 센서(예를 들어, 간섭계)는 기판 지지체의 위치를 측정한다(미도시). 일 실시예에서, 하나 이상의 (정렬) 마크가 기판 지지체 상에 제공된다. 기판 지지체 상에 제공된 마크의 위치를 측정하면 위치 센서에 의해 결정된 바와 같은 기판 지지체의 위치가 교정될 수 있다(예컨대, 정렬 시스템이 연결된 프레임에 대해 상대적으로) . 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치의 측정에 의해 기판 지지체에 대한 기판의 위치가 결정될 수 있다.
위에서 설명한 모든 계측 툴 및 시스템은 협소한 대역의 구동 레이저에서 생성된 백색 또는 광대역 광 방사선 소스를 사용할 수도 있다. 이것은 초연속체 광섬유와 같은 초연속체 생성기를 구동하도록 구동 레이저를 배열함으로써 달성될 수 있다. 현재, 하나의 구동 레이저가 하나의 초연속체 광섬유를 구동하는 데 사용된다. 계측 툴 또는 프로세스가 하나의 소스로부터 2개의 별개의 광역 스펙트럼이 생성될 것을 요구한다고 할지라도, 이는 일반적으로 가능하지 않다. 이러한 요구사항에는 일반적으로 2개의 구동 레이저와 2개의 광섬유가 필요하며 상당한 비용이 든다.
이를 해결하기 위해, 다수의 경로로 분할되는 출력을 갖는 적어도 하나의 구동 레이저를 포함하는 방사선 소스를 포함하는 계측 툴 또는 장치가 제안되며, 각각의 경로는 백색광 생성기 또는 보다 일반적으로 광대역 광 생성기(이는 예를 들어 적외선으로 광대역 스펙트럼을 생성한다)를 포함한다. 광대역 광 생성기는 광대역 광을 생성하는 광섬유를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 광대역 광 생성기는 초연속체 광섬유와 같은 초연속체 생성기를 포함할 수 있다. 초연속체 생성기는 각각 다른 속성을 가질 수 있으며, 결과적으로 둘 이상의 서로 다른 스펙트럼을 생성할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 초연속체 생성기는 서로 유사하고 유사한 스펙트럼을 출력한다.
이러한 계측 툴은 기판 상의 구조체를 방사선으로 조명하기 위한 조명 광학계, 구조체에 의해 산란된 산란 방사선을 검출하기 위한 적어도 하나의 검출 시스템, 및 산란 방사선으로부터 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 프로세서를 더 포함할 것이다. 이와 같이, 계측 툴은 도 4 내지 도 6과 관련하여 예시되고 설명된 임의의 툴(예를 들어, 스캐터로미터 툴, 레벨 센서/높이 센서 툴 및/또는 정렬 센서 툴)일 수 있다. 여기에 설명된 방사선 소스는 각각 도 4, 5 및 6에 예시된 소스(2, LSO, RSO) 중 임의의 것을 대체할 수 있다.
도 7는 이러한 방사선 소스를 예시한다. 구동 레이저(DL)의 출력은 적합한 광학 스위치(OS) 또는 다른 적합한 광학 컴포넌트를 사용하여 2개 이상의 광학 경로로 분할된다. 각 광학 경로는 초연속체 광섬유와 같은 별개의 초연속체 생성기(SCG1, SCG2, SCGn)를 포함한다. 각 초연속체 생성기의 출력은 계측 센서 또는 계측 시스템(MS1, MS2, MSn)에 대한 소스로 사용된다. 대안적으로, 초연속체 생성기의 출력에 의해 규정된 각각의 소스는 동일한 단일 계측 시스템에 의해 사용되어 서로 상이한 조명 특성으로 (예를 들어, 병렬) 측정을 수행한다.
광학 스위치(OS)는 예를 들어 음향 광학 변조기 또는 음향 광학 모듈(AOM)과 같은 고속 광학 스위치, 기계적 플립핑 미러, 또는 적절한 필터들 사이의 기계적 플립핑을 포함할 수 있다. 광학 스위치의 선택은 주로 스위칭에 필요한 속도에 따라 달라진다. AOM은 마이크로초 범위에서 스위칭할 수 있지만 기계적 스위치는 일반적으로 >20ms가 소요된다.
대안적으로, 광학 스위치(OS)는 전기-광학 변조기(EOM)를 포함할 수 있다. EOM은 또한 매우 고속의 스위칭이며, 위에서 언급한 직렬 스위칭 실시예보다는, (예를 들어, 펄스형 구동 레이저와 조합하여) 더 낮은 펄스 주파수에서 다수의 광대역 광 생성기의 병렬 동작을 허용할 수도 있다.
대안으로서, 광학 컴포넌트(OS)는 구동 레이저(DL) 방사선 출력을 분할하기 위해 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 이를 위해서는 훨씬 더 강력한 구동 레이저(DL)가 필요하지만 이는 또한 초연속체 생성기의 병렬 사용을 허용할 수도 있다.
하나의 입력 광섬유(구동 레이저에 연결됨)가 2개 이상의 출력 광섬유에 연결되고 각각이 개개의 초연속체 광섬유에 연결되는 광섬유 기반 빔 스플리터 구현이 가능하다. 다시 말하지만, 이것은 직렬 예시보다 더 높은 파워의 구동 레이저(DL)를 필요로 할 것이다.
광학 스위치(OS)의 또 다른 옵션은 플립핑 미러 어레이(예컨대, 대형 어레이)를 포함하는 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 디바이스이며, 여기서 구동 레이저로부터의 빔은 하나 또는 다수의 방향으로 반사된다.
광학 컴포넌트(OS)에 대한 추가적인 예는 회절 요소, 예를 들어 격자이다. 그러한 실시예에서, 서로 상이한 회절 차수는 각각 개개의 광학 경로를 규정할 수 있다(예를 들어, 격자는 대략적으로 광량이 0차, -1, +1 회절 차수 각각에 존재하도록 설계될 수 있다).
광학 컴포넌트(OS)는, 서브-빔들을 둘 이상의 광학 경로를 규정하는 서로 상이한 방향으로 굴절시키기 위해, 구동 레이저 빔의 경로에 배치된 여러 쐐기형 광학 요소를 포함할 수 있다.
광학 스위치(OS)를 통해, 구동 레이저로부터 출력된 광이 각각의 초연속체 생성기에 올바르게 진입하도록 하려면, 광 빔이 적절하게 정렬되어야 한다. 이것은 적절한 빔 조향을 통해 달성될 수 있다. 2개(또는 그 이상)의 초연속체 생성기가 물리적으로 서로 충분히 가깝다면, 구동 레이저(또는 광학 스위치)로부터의 광을 각각의 초연속체 생성기로 안내하기 위해 공통의 빔 조향 기능/장치를 사용할 수 있다.
상기 실시예는, 예를 들어 각각의 광학 경로에서 서로 다른 속성을 가진 초연속체 생성기를 사용하여 2개 이상의 서로 다른 스펙트럼을 유도하기 위해, 개개의 초연속체 생성기에 의해 출력된 구동 레이저 광의 직렬 사용에 초점을 맞추고 있다. 그러한 실시예는 10개 미만, 5개 미만, 또는 단지 2개 또는 3개의 광학 경로를 포함할 수 있다.
일부 계측 툴은 적어도 장래에 병렬 센서 또는 검출기를 포함할 것으로 예상된다. 그러한 병렬 센서는 단지 2개 또는 소수의 병렬 센서를 포함할 수 있지만, 센서들의 더 큰 어레이를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 각 센서가 동일한 스펙트럼(조명 특성)을 수광하는 10x10 센서들의 병렬 어레이를 생각할 수 있다. 이러한 시스템의 경우, 하나의 광섬유에서 필요한 모든 광대역 광을 생성한 다음 생성된 광 빔을 100개의 서브-빔으로 분할하는 것이 매우 어려울 것인데, 그 이유는 이러한 고 출력의 백색광을 생성하기 어렵기 때문이다.
그러한 실시예에서, 센서의 각각의 센서(또는 센서의 하나 이상의 서브세트)에는 개개의 초연속체 생성기를 통해 방사선이 제공될 수 있다. 이들 초연속체 생성기 모두는 다수의 동일한 스펙트럼을 제공하도록 서로 유사할 수 있거나, 그렇지 않으면 이들 중 하나 이상이 어레이 내에서 하나 이상의 상이한 스펙트럼을 제공하도록 각각 다를 수 있다. 다른 실시예는 충분한 파워를 제공하기 위해 다수의 레이저 소스를 사용할 수 있다(예를 들어, 각각이 초연속체 생성기의 절반을 구동하는 2개의 구동 레이저). 초연속체 생성기의 수는 각 생성기의 출력이 둘 이상으로 분할되는 경우 감소될 수 있다(예컨대, 절반). 분명하게도, 10x10 어레이는 하나의 예시에 불과하며 어떤 방식으로든 배열된 임의의 수의 어레이가 가능하다.
도 8(a) 내지 (c)는 광대역 방사선 또는 초연속체 방사선을 생성하는 데 사용될 수 있는 광섬유의 여러 예를 단면으로 나타낸 것이다. 도 8(a) 내지 (c)는 초연속체 광섬유, 보다 구체적으로는 중공 코어 광결정 섬유(HC-PCF)의 단면을 개략적으로 나타낸 것이며, 이하 논의되는 HC-PCF의 예는 광대역 광 생성기, 초연속체 광섬유 또는 광대역 광을 생성하기 위한 섬유의 예일 수 있다.
도 8(a)는 Kagome 격자 구조를 포함하는 Kagome 섬유를 나타낸다. 도 8(b)는 중공 코어 영역이 형성되고 비접촉-링의 층으로 둘러싸인 단일-링 또는 리볼버 섬유를 나타낸다.
도 8(c)는 HC-PCF의 또 다른 실제 예의 횡단면을 보여준다. 원들은 반공진 요소(ARE) 또는 외부 클래딩 영역(예컨대, 석영 유리 또는 실리카)의 고체 재료를 나타내는 것이며, 음영 처리된 부분에는 고체 재료가 없다(소개되거나 기체 또는 액체로 채워짐). HC-PCF는 중공 코어 영역(10)(도 7(c)에서 점선 원으로 표시됨), 반공진 요소(ARE)(21)를 갖는 내부 클래딩 영역(20), 및 외부 클래딩 영역(30)을 포함한다. 중공 코어 영역(10)은 ARE(21) 사이의 빈 공간으로, HC-PCF의 길이방향 길이를 따라 연장되고 가장 작은 횡방향 코어 치수(D)를 갖는다. 내부 클래딩 영역(20)의 ARE(21)는 벽 두께(t) 및 최소 횡방향 ARE 치수(d)를 갖는 모세관을 포함할 수 있다. ARE(21)는 외부 클래딩 영역(30)의 내면에 고정될 수 있다. 외부 클래딩 영역(30)은 예를 들어 유리로 만들어지고 HC-PCF의 폐쇄된 클래딩을 제공하는 더 큰 모세관을 포함할 수 있다. 도 8(c)의 HC-PCF는 ARE(21)가 외부 클래딩 영역(30)의 더 큰 모세관 내에 6-폴드 대칭적 패턴으로 배열된 원형 횡단면을 갖는 6개의 얇은 벽 모세관의 단일 링을 포함하여 직경 D(정반대측 ARE들(21) 사이의 최단 거리)의 중심 중공 코어를 생성하는 실시예를 예시한다. 도 8(c)의 예에서 ARE는 서로 접촉하지 않는다.
도 8(c)에 도시된 본 발명의 HC-PCF의 예는 특히 ARE(21)의 개수와 관련하여 수정될 수 있다. ARE의 개수는 예를 들어 4 또는 5 또는 7 또는 그 이상일 수 있다. ARE 배열은 다른 여러 방식으로 변경될 수 있다. 각각의 ARE(21)는 예를 들어, 타원형 또는 다각형 단면을 가질 수 있고; 외부 클래딩(30)의 내부 형상은 예를 들어 다각형 단면을 가질 수 있으며; ARE(21)의 고체 재료는 예를 들어 PMA와 같은 플라스틱 재료, 실리카와 같은 유리, 또는 연질 유리를 포함할 수 있다. 다른 예들에서, ARE들의 직경은 ARE들이 서로 접촉하도록 선택될 수 있다.
가스 기반 백색광 생성의 경우, HC-PCF가 가스 셀 내에 포함될 수 있으며, 이는 예를 들어 수십 bar에 이르는 압력(예컨대, 최대 100bar 사이)의 압력에서 작동하도록 설계된 것이다. 가스 충전된 HC-PCF는 충분한 피크 파워를 갖는 초단파 펌프 레이저 펄스에 의해 펌핑될 때 광학 주파수 변환기로 작용할 수 있다. 초단파 펌프 레이저 펄스에서 광대역 레이저 펄스로의 주파수 변환은 가스 충전 광섬유 내부의 분산 및 비선형 광학 프로세스의 복잡한 상호작용에 의해 가능하다. 변환된 레이저 펄스는 주로 횡방향 코어 모드의 형태로 중공 코어 내에 제한되고 광섬유 단부로 안내된다. 예를 들어 고차의 횡방향 코어 모드 또는 특정 파장과 같은 방사선의 일부가 내부 클래딩 도파관 구조를 통해 중공 코어로부터 누출될 수 있으며 광섬유를 따라 전파되는 동안 심한 감쇠를 겪게 된다. HC-PCF의 코어 영역 및 클래딩 영역은 고차의 코어 모드가 고차의 클래딩 모드에 위상 정합되도록 구성될 수 있다.
HC-PCF를 따라 전송되는 레이저 펄스의 시공간 전송 특성(예컨대, 스펙트럼 진폭 및 위상)은 펌프 레이저 파라미터, 충전 가스 파라미터 및 광섬유 파라미터의 조정을 통해 변경 및 튜닝될 수 있다. 상기 전송 특성은 출력 파워, 출력 모드 프로파일, 출력 시간 프로파일, 출력 시간 프로파일의 폭(또는 출력 펄스 폭), 출력 스펙트럼 프로파일, 및 출력 스펙트럼 프로파일의 대역폭(또는 출력 스펙트럼 대역폭) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 펌프 레이저 파라미터는 펌프 파장, 펌프 펄스 에너지, 펌프 펄스 폭, 펌프 펄스 반복율 또는 펌프 펄스 형상 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 섬유 파라미터는 섬유 길이, 중공 코어의 크기 및 형상, 클래딩 구조의 크기 및 형상(또는 모세관 수), 중공 코어를 둘러싸는 벽의 두께 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 충전 가스 파라미터는 가스 유형, 가스 압력 및 가스 온도 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 광섬유 및/또는 가스의 파라미터도 광섬유를 따라 변화를 겪게 되고, 예컨대 광섬유는 테이퍼링되거나 가스 구배가 있을 수 있다.
충전 가스는 아르곤, 크립톤 및 크세논과 같은 희가스, 수소, 중수소 및 질소와 같은 라만 활성 가스, 또는 아르곤/수소 혼합물, 크세논/중수소 혼합물, 크립톤/질소 혼합물, 또는 질소/수소 혼합물과 같은 가스 혼합물일 수 있다. 충전 가스의 유형에 따라, 비선형 광학 프로세스는 변조 불안정성(MI), 솔리톤 핵분열, Kerr 효과, 라만 효과 및 분산파 생성을 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 내용은 원용에 의해 포함되는 WO2018/127266A1 및 US9160137B1에 설명되어 있다. 충전 가스의 분산은 가스 셀 압력을 변경하여 튜닝될 수 있으므로, 주파수 변환을 최적화하기 위해 생성된 광대역 펄스 역학 및 연관된 스펙트럼 확장 특성이 조정될 수 있다. 생성된 광대역 레이저 출력은 UV(예컨대, <200 nm)에서 mid-IR(예컨대, >2000 nm)까지의 파장을 커버할 수 있다. 가스 충전 HC-PCF의 출력 스펙트럼은 위에서 논의한 파라미터와 가스 충전 유형의 특정 조합을 선택하여 튜닝될 수 있다.
일 실시예에서, 계측 툴은 복수의 조명 광학계를 포함하여, 개개의 조명 광학계가 각각의 광학 경로에 제공될 수 있다.
추가의 실시예는 다음의 번호가 매겨진 조항으로 제공된다:
1. 리소그래피 제조 프로세스에서 사용하기 위한 계측 장치로서,
복수의 광학 경로로 분할되는 출력을 갖는 구동 레이저를 포함하는 방사선 소스 - 각각의 광학 경로는 개개의 광대역 광 생성기를 포함함 -;
상기 방사선 소스로부터의 방사선으로 기판 상의 구조체를 조명하기 위한 조명 광학계;
구조체에 의해 산란된 산란 방사선을 검출하기 위한 적어도 하나의 검출 시스템; 및
상기 산란 방사선으로부터 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 프로세서를 포함하는, 계측 장치.
2. 제1조항에 있어서, 상기 광대역 광 생성기 각각은 초연속체 생성기를 포함하는, 계측 장치.
3. 제2조항에 있어서, 상기 초연속체 생성기의 각각은 초연속체 광섬유를 포함하고, 선택적으로, 상기 초연속체 광섬유는 중공 코어 광결정 섬유인, 계측 장치.
4. 제1조항 내지 제3조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 광대역 광 생성기 중 적어도 2개는, 생성된 방사선의 출력 스펙트럼이 상이하도록 각각 상이한 출력 특성을 포함하는, 계측 장치.
5. 제4조항에 있어서, 모든 상기 광대역 광 생성기는 생성된 방사선의 출력 스펙트럼이 상이하도록 각각 상이한 출력 특성을 포함하는, 계측 장치.
6. 제1조항 내지 제3조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 광대역 광 생성기 중 적어도 2개는, 생성된 방사선의 출력 스펙트럼이 유사하도록 서로 유사한, 계측 장치.
7. 제6조항에 있어서, 상기 광대역 광 생성기는 각각에 의해 생성된 방사선의 출력 스펙트럼이 유사하도록 모두 유사한, 계측 장치.
8. 제1조항 내지 제7조항 중 어느 한 조항에 있어서, 구동 레이저의 출력이 광학 스위칭 디바이스를 사용하여 직렬로 분할되는 직렬 출력을 제공하도록 동작가능한, 계측 장치.
9. 제8조항에 있어서, 상기 광학 스위칭 디바이스는 음향-광학 변조기, 전기-광학 변조기, MEMS 디바이스, 플립핑 미러 디바이스 또는 필터 스위칭 디바이스 중 하나를 포함하는, 계측 장치.
10. 제8조항 또는 제9조항에 있어서, 광학 스위칭 디바이스는 구동 레이저를, 개개의 광대역 광 생성기를 각각 포함하는 5개 미만의 광학 경로로 분할하는, 계측 장치.
11. 제10조항에 있어서, 상기 광 스위칭 디바이스는 상기 구동 레이저를, 개개의 광대역 광 생성기를 각각 포함하는 2개의 광학 경로로 분할하는, 계측 장치.
12. 제1조항 내지 제7조항 중 어느 한 조항에 있어서, 구동 레이저의 출력이 광학 분할 디바이스 또는 광학 스위칭 디바이스를 사용하여 병렬로 분할되는 병렬 출력을 제공하도록 동작가능한, 계측 장치.
13. 제12조항에 있어서, 상기 구동 레이저는 펄스형 구동 레이저를 포함하고 상기 구동 레이저의 출력이 광학 스위칭 디바이스를 사용하여 분할되어, 상기 펄스형 구동 레이저보다 낮은 펄스 주파수에서 상기 병렬 출력을 제공하게 되는, 계측 장치.
14. 제12조항 또는 제13조항에 있어서, 상기 광학 스위칭 디바이스는 전기-광학 변조기 또는 MEMS 디바이스를 포함하는, 계측 장치.
15. 제12조항에 있어서, 상기 구동 레이저의 출력은 광학 빔 스플리터, 광섬유 기반 빔 스플리터, 회절 요소 또는 복수의 광학 웨지 중 하나 이상을 포함하는 광학 분할 디바이스를 사용하여 분할되는, 계측 장치.
16. 제12조항 내지 제15조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 분할 디바이스 또는 광학 스위칭 디바이스가 구동 레이저를, 개개의 광대역 광 생성기를 각각 포함하는 5개 미만의 광학 경로로 분할하는, 계측 장치.
17. 제12조항 내지 제15조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 분할 디바이스 또는 광학 스위칭 디바이스가 구동 레이저를, 개개의 광대역 광 생성기를 각각 포함하는 10개가 넘는 상기 광학 경로로 분할하는, 계측 장치.
18. 제1조항 내지 제17조항 중 어느 한 조항에 있어서, 각각의 광학 경로에 대해, 별도의 검출기가 상기 검출 시스템 내에 제공되거나, 별도의 검출 시스템이 제공되는, 계측 장치.
19. 제1조항 내지 제17조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 광학 경로들 중 적어도 일부에서의 방사선이 공통 검출기 및/또는 검출 시스템에 의해 검출되는, 계측 장치.
20. 제1조항 내지 제19조항 중 어느 한 조항에 있어서, 각각의 광학 경로에 대해 별도의 상기 조명 광학계가 제공되는, 계측 장치.
21. 제1조항 내지 제20조항 중 어느 한 조항에 있어서, 구동 레이저로부터의 방사선을 각각의 광대역 광 생성기로 안내하는 공통 빔 조향 구성을 포함하는, 계측 장치.
22. 제1조항 내지 제21조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 계측 장치는 스캐터로미터 계측 장치, 레벨 센서 또는 정렬 센서를 포함하는, 계측 장치.
본 명세서에서는 IC의 제조에 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해 특별히 언급할 수 있지만, 여기에 설명된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음을 이해해야 할 것이다. 가능한 다른 응용 분야로는, 통합형 광학 시스템, 자기 도메인 메모리를 위한 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD) 및 박막 자기 헤드 등의 제조가 있다.
본 명세서에서는 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 언급할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 기타 다른 기판) 또는 마스크(또는 기타 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이들 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변(비-진공) 조건을 이용할 수 있다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 발명은 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않으며 예를 들어 임프린트 리소그래피 등의 다른 응용예에서도 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
이상에서 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 앞선 설명은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 이하 제시되는 청구 범위로부터 벗어남이 없이, 기술된 본 발명에 대해 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 리소그래피 제조 프로세스에서 사용하기 위한 계측 장치로서,
    복수의 광학 경로로 분할되는 출력을 갖는 구동 레이저를 포함하는 방사선 소스 - 각각의 광학 경로는 개개의 광대역 광 생성기를 포함하고, 광대역 광 생성기는 광대역 방사선을 생성하기 위한 가스-충전 중공 코어 광결정 섬유를 포함함 -;
    상기 방사선 소스로부터의 방사선으로 기판 상의 구조체를 조명하기 위한 조명 광학계;
    구조체에 의해 산란된 산란 방사선을 검출하기 위한 적어도 하나의 검출 시스템; 및
    상기 산란 방사선으로부터 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 프로세서를 포함하는, 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광대역 광 생성기 각각은 초연속체 생성기를 포함하는, 계측 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광대역 광 생성기 중 적어도 2개는, 생성된 방사선의 출력 스펙트럼이 상이하도록 각각 상이한 출력 특성을 포함하는, 계측 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광대역 광 생성기 중 적어도 2개는, 생성된 방사선의 출력 스펙트럼이 유사하도록 서로 유사한, 계측 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    구동 레이저의 출력이 광학 스위칭 디바이스를 사용하여 직렬로 분할되는 직렬 출력을 제공하도록 동작가능한, 계측 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광학 스위칭 디바이스는 음향-광학 변조기, 전기-광학 변조기, MEMS 디바이스, 플립핑 미러 디바이스 또는 필터 스위칭 디바이스 중 하나를 포함하는, 계측 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광학 스위칭 디바이스는 상기 구동 레이저를, 개개의 광대역 광 생성기를 각각 포함하는 5개 미만의 광학 경로로 분할하는, 계측 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    구동 레이저의 출력이 광학 분할 디바이스 또는 광학 스위칭 디바이스를 사용하여 병렬로 분할되는 병렬 출력을 제공하도록 동작가능한, 계측 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광학 스위칭 디바이스는 전기-광학 변조기 또는 MEMS 디바이스를 포함하는, 계측 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 구동 레이저의 출력은 광학 빔 스플리터, 광섬유 기반 빔 스플리터, 회절 요소 또는 복수의 광학 웨지 중 하나 이상을 포함하는 광학 분할 디바이스를 사용하여 분할되는, 계측 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    - 광학 분할 디바이스 또는 광학 스위칭 디바이스가 구동 레이저를, 개개의 광대역 광 생성기를 각각 포함하는 5개 미만의 광학 경로로 분할하는 구성, 또는
    - 광학 분할 디바이스 또는 광학 스위칭 디바이스가 구동 레이저를, 개개의 광대역 광 생성기를 각각 포함하는 10개가 넘는 상기 광학 경로로 분할하는 구성 중 하나인, 계측 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 광학 경로에 대해, 별도의 검출기가 상기 검출 시스템 내에 제공되거나, 별도의 검출 시스템이 제공되는, 계측 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광학 경로들 중 적어도 일부에서의 방사선이 공통 검출기 및 검출 시스템 중 하나 또는 양자 모두에 의해 검출되는, 계측 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 광학 경로에 대해 별도의 상기 조명 광학계가 제공되는, 계측 장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 계측 장치는 스캐터로미터 계측 장치, 레벨 센서 또는 정렬 센서를 포함하는, 계측 장치.
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