KR20090042195A

KR20090042195A - 검사 방법 및 장치, 리소그래피 장치, 리소그래피 처리 셀 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20090042195A
Application number: KR1020080104965A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 스트라이예르
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2009-04-29
Also published as: EP2053349A2; US20090168062A1; EP2053349A3; CN101482702A; US8115926B2; SG152187A1; IL194839A0; TW200925794A; JP2009177134A; JP4871943B2

Abstract

기판의 특성들을 결정하기 위해, 기판으로부터의 회절에 대해 2 개의 개별적으로 편광된 빔들을 측정하도록 구성된 시스템이 개시된다. 서로에 대해 2 개의 직교 편광된 방사선 빔들 중 하나의 위상을 변화시키기 위해, 원 또는 타원 편광된 광 소스들이 고정된 위상 지연기로 통과된다. 두 방사선 빔들의 상대 위상들 및 검출기에서 측정된 상기 빔들의 다른 특징들이 기판 표면의 특성들을 야기한다.

Description

검사 방법 및 장치, 리소그래피 장치, 리소그래피 처리 셀 및 디바이스 제조 방법{INSPECTION METHOD AND APPARATUS, LITHOGRAPHIC APPARATUS, LITHOGRAPHIC PROCESSING CELL AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조시에 이용가능한 검사 방법 및 리소그래피 기술을 이용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.

리소그래피 공정을 모니터링(monitor)하기 위해, 패터닝된 기판의 파라미터들, 예를 들어 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속층들 간의 오버레이 오차를 측정하는 것이 바람직하다. 리소그래피 공정시 형성된 미세한 구조체들의 측정을 수행하기 위해, 스캐닝 전자 현미경 및 다양한 특수 툴들을 포함한 다양한 기술들이 존재한다. 특수 검사 툴의 한가지 형태는, 기판의 표면 상의 타겟부 상으로 방사선 빔이 지향되고 산란(scatter)되거나 반사된 빔의 특성들이 측정되는 스케터로미터(scatterometer)이다. 상기 빔이 기판에 의해 반사되거나 산란된 전후에 상기 빔의 특성들을 비교함으로써, 기판의 특성들이 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 알려진 기판 특성들과 연계된 알려진 측정들의 라이브러리(library)에 저장된 데이터와 반사된 빔을 비교함으로써 수행될 수 있다. 스케터로미터의 2 가지 주 형태가 알려져 있다. 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)는 기판 상으로 광대역 방사선 빔을 지향하고, 특정한 좁은 각도 범위(particular narrow angular range)로 산란되는 방사선의 스펙트럼(파장의 함수로서 세기)을 측정한다. 각도 분해된 스케터로미터(angularly resolved scatterometer)는 단색 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 사용하고, 각도의 함수로서 산란된 방사선의 세기를 측정한다.

스케터로메트리는 표면을 분석하기에 비교적 빠르지만, 상이한 방향들로 편광되는 방사선의 상이한 동작들을 고려하지 않을 수 있으므로 산란된 방사선의 세기만을 측정하는 것은 가장 정밀한 측정이 아닐 수 있다. 예를 들어, 측정되는 기판 대상물이 한 편광 방향으로 정렬되는 격자의 형태인 경우, 그 방향으로 편광된 방사선은 직교 방향으로 편광된 방사선과 매우 상이한 방식으로 산란될 것이다. 편광 방향들을 고려하기 위해, 엘립소미터 시스템(ellipsometric system)이 직교로 편광된 빔들의 소정 파라미터들을 측정할 수 있는 것으로 예상되었다.

도 4는 앞선 내용을 고려하는 것으로 예상되었던 엘립소미터 센서(또는 엘립소미터)의 일 예시를 나타낸다. 소스(P)로부터의 조명 방사선은 기판(W)의 타겟부 상에 있는 구조체(30)로부터 반사되고, 기판으로부터 되돌아오는 중에 센서 내에 존재하는 3 개의 빔스플리터의 두 고유-편광(eigen-polarization) 중 하나를 따라 선형으로 편광된다(고유-편광들은 도 4에 나타낸 x 또는 y 방향에 대해 측정됨). 제 1 빔스플리터(N-PBS)는 조명의 일부를 2 개의 또 다른 빔스플리터로 반사시킨다: 한 빔스플리터(80)는 조명의 일부를 이미징 브랜치로 보내고; 또 다른 빔스플리터(82)는 조명의 일부를 포커스 브랜치로 보낸다. 제 1 빔스플리터(N-PBS)는 상기 빔의 나머지를 카메라(CCD)로 지향하는 비-편광 빔스플리터이다. 비-편광 빔스플리터(N-PBS)를 통과하였으면, 편광된 빔은 그 이상축(extraordinary axis) 및 정상축(ordinary axis)이 x 및 y 방향들에 대해 45°로 위치된 위상 변조기(90)를 통 과한다. 후속하여, 상기 빔은 울라스톤 프리즘(Wollaston prism: 50)을 이용하여 그 각각의 x-편광 및 y-편광 방위들로 나누어지고, 카메라(CCD) 상에 입사한다. 상기 빔의 상이한 부분들의 상대적인 편광 방위들을 결정하기 위해, 편광된 빔들의 상대 세기들이 사용된다. 상대적인 편광 방위들로부터, 전체로서 상기 빔에 대한 구조체(30)의 영향이 결정될 수 있다. 상기 빔에 대해 구조체(30)가 끼치는 영향으로부터, 구조체 자체의 특성들이 결정될 수 있다.

또한, US 5,880,838(Marx 등)은 엘립소메트리를 이용한 기판 상의 구조체의 측정을 설명하며, 측정 시스템은 편광 쿼드러처 측정(polarization quadrature measurement: PQM)이라 칭한다. 본 명세서는 구조체 상에 [횡전기(transverse electric: TE) 및 횡자기(transverse magnetic: TM) 장들을 갖는] 편광된 광빔을 포커스하는 단계를 설명한다. TM 및 TE 장들은 구조체를 벗어나 회절에 의해 상이한 영향을 받는다. TE 장은 TM 장에서 위상 및 진폭 변화들을 분석하는 기준으로서 사용될 수 있다. TE 장과 TM 장의 위상들 및 진폭들 간의 관계는 구조체의 구조 파라미터들[예를 들어, 홀의 깊이 또는 격자 바아(bar)의 높이 또는 격자의 피치(pitch)]에 의존한다. 그러므로, 이 관계를 측정함으로써 구조 파라미터들이 결정될 수 있다.

조명 빔 내에서의 세기 변동만을 측정한다기보다는, 일반적으로 엘립소메트리는 산란광의 편광 상태의 측정이다. 엘립소메트리는 2 개의 파라미터: 2 개의 상이하게 편광된 빔들 간의 위상 차(Δ) 및 2 개의 편광된 빔들의 진폭 비(tanψ)를 측정한다. 이 2 개의 파라미터를 이용하여, 완전히(purely) 편광된 빔의 여하 한의 편광 상태가 설명될 수 있다.

특히, 입사 빔이 s 및 p 편광들을 갖는 경우, 반사된 빔은 반사 계수(reflectance coefficient)들(R_p 및 R_s)을 가질 것이다. Δ(델타)는 아래 수학식(1)에서 설명되는 바와 같이 반사 계수들(R_p 및 R_s) 간의 위상 차이다.

수용된 빔의 세기는 그 상대적인 편광의 각도를 고려한 진폭들의 합에 비례한다. 예를 들어, R_p 및 R_s의 편광들이 동일한 방위로 정렬되는 경우, 수용된 빔의 세기는 최대이다. 2 개의 진폭들이 직교 방위로 있는 경우, 그것들은 서로 상쇄되고 세기는 최소이다. 2 개의 편광 방향들(또는 방위들) 간의 각도는 ψ이고, ψ와 R_p 및 R_s 간의 관계는 수학식(2)에서 다음과 같다.

Δ = arg(R_p - R_s)

tanψ = R_p / R_s

도 8은 이 두 파라미터들 간의 관계를 나타낸다. 특히, 도 8은 도 4의 위상 변조기에 의해 부과(impose)되는 s와 p 간의 위상 차의 함수로서 하나의 픽셀(pixel)의 세기 변동을 나타낸다. I는 빔의 세기이고, P는 R_p 및 R_s의 전체적인 편광이다. 2 개의 진폭들이 동일하다고 가정하면(즉, R_p = R_s이고 ψ = 45°), x 지점에서 편광 방향들이 서로 상쇄되기 때문에 전체 빔의 세기는 최소이다. y 지 점에서, 세기는 최대이며, 편광 방향들이 정렬됨을 나타낸다.

도 8에 나타낸 전체 세기는 변조되어, 진폭들(동일함)이 서로 더 많이 또는 더 적게 상쇄되고, 따라서 (위상 변조기(90)에 의해 지시된) 변화에 따라 2 개의 빔들의 상대 위상이 모니터링될 수 있다는 것을 증명한다.

도 4에 나타낸 것과 같은 시스템- 이는 위상 변조기(90)(또는 위상 시프터)를 통합함 -은 아래 열거된 특유의 특징들을 갖는다.

1. 광에 적용되는 위상 시프트들은 정확하게 알려질 필요가 있을 수 있는데, 이는 이 위상 시프트들에서의 여하한의 부정확성들이 Δ에 동일한 부정확성을 유도할 수 있기 때문이다. 구조체가 정확하게 결정되기 위해, 세기와 위상 간의 관계를 아는 것이 바람직하다.

2. 위상 변조기들은 파장-의존적(wavelength-dependent)이며, 이는 위상 변조기들이 그것이 사용되는 각각의 파장들에 대해 다시 캘리브레이션(recalibrate)되어야 할 수 있음을 의미한다.

3. 위상 변조기들을 이용하면, 2 이상의 위상 시프트들이 특정 파장에서의 각각의 광빔에 적용된다. 상이하게 시프트된 빔들의 세기들은 각각의 시프트에 대해 다시 측정되어야 하므로, 상당한 시간이 걸릴 수 있다.

4. 기판 상의 대상물의 분석에 대해 위상 시프터를 이용하는 것은, 대상물의 이미지가 각각의 위상 변화에 대해 기록될 필요가 있으므로, 원하는 것보다 다소 더 긴 데이터-수집(gathering) 단계를 야기할 수 있음을 의미한다. 이는, 예를 들어 정렬 오차가 발견되는 경우에 후속한 기판들이 보정될 수 있도록 신속한 분석이 요구되는 경우, 바람직하지 않다.

위상 변조기의 사용에 대한 가능한 해결책들이 제안되었다. 둘 다, 그 목표로서 각각의 서브-빔의 측정된 세기로부터 4 개의 알려진 편광들의 진폭 및 위상 차를 측정하기 위해, 단일 입사 빔으로부터 4 개의 상이하게 편광된 반사되 서브-빔들을 획득하는 단계를 갖는다. 첫번째 가능한 해결책은, 방사선 빔이 2 개의 직교 편광된 서브-빔들로 쪼개지고 그 편광된 서브-빔들 각각이 90 °에서 서로 직교 편광된 서브-서브-빔들로 후속하여 쪼개지도록, 반사된 빔으로 하여금 서로에 대해 90 °로 배치된 2 이상의 편광 빔스플리터를 통과하게 함으로써 이를 수행한다. 그러므로, 4 개의 서브-빔들 모두는 (서로에 대해) 0 °, 90 °, 180 °, 270 °편광 각도로 존재한다. 또한, 울라스톤 프리즘 등이 상기 빔을 서브-빔들 및 상이한 각도로 편광된 각각의 빔으로 쪼개는데 사용된다. 제안된 대안적인 해결책은, 상기 빔으로 하여금 4 개의 쿼드런트(quadrant)를 갖는 단일 편광 디바이스를 통과하게 하는 것이며, 각각의 쿼드런트는 하나의 빔이 4 개의 쿼드런트로 효과적으로 나누어지도록 상이한 편광 각도를 갖는 편광기(polarizer)를 이용하고, 각각은 상이한 방향으로(예를 들어, 0 °, 45 °, 135 °, 180 °) 편광된다. 앞선 여하한의 해결책들에서, 상이한 편광들의 개별적인 서브-빔들은 동일하거나 상이한 카메라들 상에서 비교되며, 기판 상의 대상물의 영향은 상이한 편광 각도들에 대해 비교된다. 카메라 상의 이미지의 분석은 방사선 빔이 반사된 구조체의 특성들을 나타낸다.

하지만, 앞선 해결책들 모두는 수 개의 상이한 디바이스들을 통합시키며, 그 각각은 캘리브레이션되어야 할 수 있고, 또한 이는 상기 빔이 그것을 통과하는 매 시간 소정량의 방사선 빔을 흡수할 수 있다. 또한, 연속한 수 개의 디바이스들은 그 디바이스들 중 단 하나에서의 작은 오차도 악화시킬 수 있다.

구조체로부터 회절된 빔의 위상 차 및 진폭이 알려진 위상 변조기들을 이용하지 않고도, 또한 너무 많은 추가 하드웨어를 통합시키지 않고도 파장들의 범위들 내에서 측정될 수 있도록 스케터로미터 내에 엘립소미터 기능을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치, 리소그래피 장치 및 리소셀이 제공되고, 상기 검사 장치는 방사선 빔을 공급하도록 구성된 방사선 소스; 방사선 빔이 기판으로부터 반사하도록 입사각 및 방위각(azimuth angle)의 범위로 기판 상에 방사선 빔을 포커스하도록 구성된 광학 요소; 2 개의 상이한 편광 방향으로 방사선 빔을 편광시키도록 구성된 편광 디바이스; 반사된 방사선 빔에 고정된 위상 시프트를 부과하기 위해, 사전설정된 양만큼 제 1 편광 방향을 지연(retard)시키도록 구성된 위상-시프터; 및 방사선 빔의 2 개의 편광 방향에 있어서 각도-분해된 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출 시스템을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 기판의 특성을 측정하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 타원 편광(elliptical polarization)을 갖는 방사선 빔을 제공하는 단계; 기판의 표면으로부터 방사선 빔을 반사시키는 단계; 반사된 방사선 빔을 제 1 및 제 2 직교 편광된 서브-빔들로 쪼개는 단계; 서브-빔들 중 하나의 위상 을 제 2 서브-빔에 대해 고정된 양만큼 시프트하는 단계; 및 두 서브-빔들 모두를 동시에 검출하는 단계를 포함한다.

도 1a는 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PL)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.

지지 구조체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스 를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.

리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 (및/또는 2 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.

또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.

도 1a를 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.

상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방 사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.

상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PL)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1a에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터 닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향 으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.

3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 리소클러스터(lithocluster)라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 전노광(pre-exposure) 및 후노광(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 상기 기판들을 상이한 공정 장치 사이로 이동시키며, 상기 기판들을 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히, 집합적으로 트랙이라고도 하는 이러한 디바이스들은 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성들을 측정하도록 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있는 경우, 후속한 기판들의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 벗겨져서(strip), - 산출량을 개선하도록 - 재가공(rework)되거나 결점이 있다고 알려진 기판 상에 노광을 수행하는 것을 회피하도록 버려질 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 양호한 타겟부들 상에만 또 다른 노광이 수행될 수 있다.

검사 장치는 기판의 특성들을 결정하는데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성들이 층에서 층으로 어떻게 변하는지를 결정하는데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정 들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 노광되지 않은 레지스트의 부분 간의 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재하고 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 측정들은 통상적으로 노광된 기판 상에서 수행되는 제 1 단계이고, 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 후노광 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠재(semi-latent)라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지의 측정들을 수행하는 것이 가능하고 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 -, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결점이 있는 기판의 재가공에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 스케터로미터(SM1)를 도시한다. 그것은 기판(6) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서 세기)을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector: 4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼에 의해 생성된 프로파일 또는 구조체가, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 도 2의 저부에 나타낸 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써, 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 상기 구조체의 일반적인 형태가 공지되며, 상기 구조체가 만들어진 공정의 정보(knowledge)로부터 몇몇 파라미터들이 가정되어, 스케터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터들만이 남게 된다. 이러한 스케터로미터는 수직-입사 스케터로미터 또는 경사-입사 스케터로미터로서 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 또 다른 스케터로미터(SM2)가 도 3에 도시된다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)를 이용하여 간섭 필터(interference filter: 13) 및 편광기(17)를 통해 포커스되고, 부분 반사면(partially reflected surface: 16)에 의해 반사되며, 바람직하게는 0.9 이상이고 더 바람직하게는 0.95 이상인 높은 개구수(NA)를 갖는 현미경 대물 렌즈(15)를 통해 기판(W) 상의 구조체(30)로 포커스된다. 침지 스케터로미터는, 심지어 개구수가 1이 넘는 렌즈를 구비할 수도 있다. 그 후, 반사된 방사선은 산란 스펙트럼(scatter spectrum)이 검출되게 하기 위해서, 부분 반사면(16)을 통해 검출기(18)로 전달된다. 스펙트럼은 처리 유닛(PU)에 의해 처리될 수 있다. 검출기는 렌즈 시스템(15)의 초점 길이에 존재하는 역 투영(back-projected)된 퓨필 평면(11) 내에 위치될 수 있지만, 퓨필 평면은 그 대신에 보조 광학기(도시되지 않음)를 이용하여 검출기 상에 재-이미징(re-image)될 수도 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 반경방향 위치(radial position)가 입사각을 정의하고 각도 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정의하는 평면이다. 검출기는 기판 타 겟의 2-차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2-차원 검출기인 것이 바람직하다. 검출기(18)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있으며, 예를 들어 프레임당 40 밀리초(millisecond)의 통합 시간(integration time)을 사용할 수 있다.

예를 들어, 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 기준 빔이 흔히 사용된다. 이를 위해, 방사선 빔이 빔스플리터(16) 상에 입사하는 경우, 그 일부분이 빔스플리터를 통해 기준 빔으로서 기준 거울(14)을 향하여 전달된다. 그 후, 기준 빔은 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상으로 투영된다.

가령 약 405 내지 790 nm의 범위, 또는 약 200 내지 300 nm와 같이 훨씬 낮은 범위에 해당하는 파장을 선택하기 위해, 간섭 필터들(13)의 일 세트가 이용될 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 일 세트를 포함하기보다는 튜닝가능(tunable)할 수 있다. 간섭 필터들 대신에, 격자가 사용될 수도 있다.

검출기(18)는 단파장(또는 협파장 범위)에서의 산란광의 세기, 다수 파장들에서의 별도 세기, 또는 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡자기-편광 및 횡전기-편광의 세기, 및/또는 횡자기-편광 및 횡전기-편광 간의 위상 차를 별도로 측정할 수 있다.

광대역 광 소스(즉, 광 주파수들 또는 파장들 - 및 이에 따른 컬러들의 광범위한 광 소스)를 이용할 수 있으며, 이는 넓은 너비(etendue)를 제공하여 다수 파장들의 혼합(mixing)을 허용한다. 광대역에서의 복수의 파장들은, δλ의 대역폭 및 2δλ(즉, 파장의 두 배) 이상의 간격을 각각 갖는 것이 바람직하다. 방사선의 수 개의 "소스"들은 섬유 다발(fiber bundle)을 이용하여 쪼개졌던 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해된 산란 스펙트럼들이 다수 파장들에서 병렬로(in parallel) 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도들)이 측정될 수 있다. 이는 메트롤로지 프로세스 견고성(metrology process robustness)을 증가시키는 더 많은 정보가 측정되게 한다. 이는 EP 1,628,164 A에서 더 상세히 설명된다.

기판(W) 상의 타겟은 현상 이후에 바아들이 실선의 레지스트 라인들로 형성되도록 (예를 들어, 앞서 설명된 리소그래피 시스템을 이용하여) 프린트되는 격자일 수 있다. 대안적으로, 상기 바아들은 기판 안으로 에칭될 수 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL) 내의 색수차(chromatic aberration)에 민감하며, 이러한 수차들의 존재 및 조명 대칭성은 프린트된 타겟 패턴의 변동에서 드러날 것이다. 따라서, 프린트된 격자들의 스케터로메트리 데이터가 상기 격자들을 재구성하는데 사용된다(따라서, 리소셀의 여하한의 부분 내에, 또는 타겟의 변동들로서 드러나는 리소셀에 대한 기판의 정렬에 있어서 오차들이 존재하는지를 결정함). 프린팅 단계 및/또는 다른 스케터로메트리 공정들의 정보로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 격자의 파라미터들이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 입력될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 간단한 스케터로미터로부터의 개발이 엘립소미터이며, 이는 반사된 광의 약간 상이한 파라미터들을 이용하여 기판 상의 구조체들의 형상들 및 다른 특성들을 결정하는데 사용될 수 있다. 이를 행하는 방식은, 도 4에 나타낸 바와 같이 입사하는 빔이 기판(W)으로부터 반사되는 것이며, 이 입사 빔은 타겟 구조체(30)로부터 반사된다. 반사된 빔은 현미경 대물렌즈(24)를 통과하여, 비-편광 빔스플리터(N-PBS) 및 카메라(CCD) 상의 포커싱 렌즈(또는 다른 광학기)들을 통과한다.

앞서 설명된 이전에 고찰된 실시예에서, 상기 빔은 또 다른 빔스플리터(50)에 의해 쪼개지고, 카메라(CCD) 상에 지향된다. 이 때, 상기 빔은 TM(횡자기) 편광 빔이거나 TE(횡전기) 편광 빔이다. 도 4에는 현미경 대물렌즈(24)의 퓨필 평면(PP)이 도시된다. 이 퓨필 평면(PP)에서, 현미경 대물렌즈는 기판(W)의 표면으로부터 반사되고 산란되는 방사선을 포커스한다. 이 퓨필 평면(PP)에 생성되는 이미지는, 획득된 이미지가 가능한 정보를 최대한 포함하도록 후속하여 렌즈들 또는 다른 광학기를 이용하여 카메라(CCD) 상에 재현된다(즉, 카메라(CCD)의 어퍼처 외부에 방사선의 산란 또는 뚜렷한 손실이 존재하지 않기 때문임).

또한, 도 4는 비-편광 빔스플리터(N-PBS)와 카메라(CCD)에 편광된 빔들을 전달하기 이전에 분리하는 빔스플리터(50) 사이에 위치된 위상 변조기(90)를 나타낸다. 또한, 위상 변조기(90)의 이상축 및 정상축을 따라 방위되는 eo-좌표계가 도 4에 원으로서 도시되며, 시스템의 y 및 x 축선들과 비교하여 이상축 및 정상축의 상대 위치를 나타낸다. E_o 및 E_e는 각각 e 및 o 방향을 따르는 산란된 필드들의 알려지지 않은 복소(complex) 진폭들이다. 본 발명에 대해서는, 반사율(R)(이에 따 른 R_o 및 R_e 또는 R_s 및 R_p)을 다루는 복소 진폭들의 실수부만이 다루어진다. 이 시스템에서, 그것은 위상 변조기에 의해 사전정의된 변화 위상과 비교되는 반사율이며, 이는 시스템이 구조체(30)의 파라미터들을 결정할 수 있게 한다.

위상 변조기(90)를 제거하기 위해, 단일 입사 빔으로부터 4 개의 상이하게 편광된 반사된 서브-빔들이 각각의 서브-빔의 측정된 세기로부터 4 개의 알려진 편광들의 진폭(Δ) 및 위상(ψ)의 차를 측정하도록 얻어질 수 있다. 방사선 빔에 대한 구조체(30)의 영향은 각각의 편광 방향에 대해 다르므로, 상이한 편광 방향을 갖는 각각의 서브-빔이 특성들을 측정하는 것이 구조체(30)의 재구성을 야기한다. 하지만, 방사선 빔이 기판의 표면으로부터 반사된 이후에 그것을 조작(manipulate)하는 것은 측정들에 오차를 포함할 위험이 있다.

반면에, 본 발명의 일 실시예에서 상기 빔은 또 다른 디바이스들을 이용하여 서브-빔들로 쪼개지지 않는다. 일 실시예에서, 상기 시스템은 위상-시프터(또는 변조기)의 문제들을 갖지 않는다. 본 발명의 일 실시예는 도 4에 나타낸 기본 장치를 사용하지만, 위상-시프터(90)를 이용하는 대신에 위상 시프트(또는 지연(δ))가 고정된다. 주어진 파장에 대해, 위상 시프트는 알려지지 않을 수 있지만, 이후 설명될 완전한 퓨필 결과들의 데이터 분석으로부터 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 장치가 도 5에 도시된다. 알려진 편광 상태(p)를 갖는 소스(P)로부터의 고정된 파장의 광 또는 방사선이 조사될 기판(W)의 표면 상의 타겟(30)으로부터 반사된다. 캘리브레이션을 위해, 타겟(30)은 단순히 기판 의 평면일 수 있다. 고정된 파장의 광 또는 방사선은 다수 입사각(예를 들어, θ_i = 0 내지 80°) 및 모든 방위각(A = 0 내지 360°)으로 반사된다. 또한, 이 범위들 내에서의(또는 심지어 입사각에 대해 리스트된 범위의 외부도) 범위들은 이용가능한 처리 용량에 따라 캘리브레이션 및 다른 목적들을 위해 선택될 수 있다. (입사 광빔으로서) 반사된 광 또는 방사선 빔은 상이한 편광 상태들을 갖는 광선의 이용가능한 전체 범위로 구성된다. 반사된 광 또는 방사선은 현미경 대물렌즈(24)에 의해 수용되고 퓨필 평면(PP) 상에 포커스되며, 이는 앞서 도 4에 대해 설명된 것과 동일한 이유들에 대해 카메라(CCD)에 재현된다.

앞서 나타낸 바와 같이, 엘립소메트리는 p-편광된 성분의 반사율을 s-편광된 성분과 비교한다. 0 및 90 °의 방위각(A) 상에서 선형 편광된 광을 이용하는 경우, 다른 편광 각도들로부터의 정보는 손실될 것이고, 이에 따라 엘립소메트리가 A = 45 및 135 °의 방위각들에서 최적이라고 알려져 있으며, 이는 편광된 성분들에 대한 각도이고 그 성분들을 상쇄시키지 않는다.

측정된 방사선 빔의 반경방향 위치는 입사 빔의 입사각에 비례한다. 그 방위각(A)은 도 5의 저부 및 도 6에 나타낸 양(positive)의 x 축선들로부터 계산되며, 이때 입사 빔의 방위각은 Ai로 명시된다. 캘리브레이션 단계시, 방사선 빔은 모든 입사각 및 모든 방위각에서 검출되고 기록되며, 상기 빔의 편광 상태들이 영향을 받지 않도록 평면 표면으로부터 반사된다. 그 입사각 및 방위각에 따라 광빔이 어떠할지 아는 것은 극좌표 내에서 광빔을 묘사(description)할 수 있게 하고, 이는 반사된 광빔의 CCD 카메라에서의 측정들에 대해 유용하다. 광빔의 "묘사"는 도 9에 나타낸 이미지의 형태를 취할 수 있으며, 이때 이미지의 중심은 법선(N)(또는 도 6의 z 축선)을 따라 기판에 반사되는 방사선의 세기를 나타내고, 이미지의 외주(outer periphery)는 법선(N)으로부터의 최대 각도(예를 들어, 80 °)로 반사되는 방사선의 세기를 나타낸다.

도 2 또는 도 3에 나타낸 바와 같은 스케터로미터의 기본 셋업이 사용될 수 있다. 현미경 대물렌즈(24)는 기판(W) 상에 존재하는 구조체(30)로부터 반사되는 빔을 수용한다. 입사 빔은 구조체(30)로부터 반사되기 이전에 현미경 대물렌즈를 통과하였을 수 있으며, 또는 다른 수단을 이용하여 포커스되었을 수 있다. 모든 방위각뿐만 아니라 모든 입사각에 대해 반사된 빔을 측정할 수 있기 위해, 입사 빔은 선형 편광보다는 원(또는 타원) 편광을 가져서, 모든 방향의 편광이 측정될 수 있게 하고, 반사시 상기 빔의 약간의 손실 위험을 감소시킨다. 하나의 편광 상태로부터의 정보가 손실되더라도 수 개의 편광 상태들이 측정되도록 남아 있기 때문에, 손실의 위험이 감소된다.

각각의 측정에 대한 입사 광은 고정된 파장으로 구성되며, 알려진 편광 상태를 갖는다. 앞서 설명된 바와 같이, 동일한 파장 및 편광 상태는 다수 입사각(0 내지 80°) 및 모든 방위각(0 내지 360°)에서 조사된다. 되돌아오거나 반사된 광빔은 상이한 편광 상태들을 갖는 효과적으로 무수한 광선들로 구성된다.

도 5는 타원 편광되며, 광 또는 방사선의 약 50 %가 투과되고 50 %는 반사될 비-편광 빔스플리터(N-PBS)로 들어가는 조합된 광 또는 방사선 빔을 나타낸다(하지 만, 본 명세서에서 빔스플리터들은 입사 방사선의 다양한 퍼센트로 투과 및 반사시키도록 제조되고 사용될 수 있음). 투과된 빔의 엘립소미터 데이터는 편광 빔스플리터(50)(예를 들어, 울라스톤 프리즘)의 도움으로 투과된 빔의 x-편광된 성분(I_x) 및 y-편광된 성분(I_y)의 에너지를 분리함으로써 측정된다. 이는 직교 편광된 서브-빔들을 생성한다. 상이한 편광 상태들을 갖는 서브-빔들의 상대 위상은 구조체로부터 반사된 빔의 상태의 전체 그림을 제공하도록 비교되기 위하여(예를 들어, 상대 위상 차가 얼마나 변화하는지를 측정하기 위해, 또는 재조합된 서브-빔들이 원 또는 타원 편광된 광- 이는 카메라에 의해 유용한 이미지들이 생성되게 함 -을 생성하도록) 변화되어야 한다.

하지만, 도 4에 사용되었던 가변 위상-시프터(90)를 이용하기보다는, 가변 또는 조정가능한 위상 시프트가 존재하지 않는다. 차라리, e 및 o 진폭들 간의 위상 시프트 또는 지연(δ)이 도 7에 나타낸 바와 같이 고정될 수 있다. 특히, 도 7은 제 1 편광 방향을 원으로서 나타내고, 제 2 편광 방향을 상기 빔 방향을 교차하는 선으로서 나타낸다. 지연(δ)은 이 두 대표 심볼들 간의 거리로서 도시된다. 지연(δ)은 90 ° 또는 270 °의 구역 내에 있는 것이 바람직하다. 이 지연은, 예를 들어 1/4 파장판(wave plate)에 의해 발생될 수 있다. 지연이 정확하게 알려지지 않은 경우, 이는 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12를 참조하여 아래에서 설명될 비-대각(off-diagonal) 또는 전체 퓨필 정보의 결과들로부터 도출될 수 있다.

도 6은 법선(N) 또는 z 축선으로부터의 입사각(θ_i) 및 x 축선으로부터의 방 위각(A_i)에서 세기 I_i를 갖는 입사 빔을 나타낸다. 입사 빔은 기판(W)의 표면으로부터 반사하고, 법선(N)으로부터의 반사율 각도(θ_r) 및 x 축선으로부터의 방위각(A_r)에서 반사된 빔으로서 새로운 방향으로 전달된다. 반사된 빔은 빔스플리터(50)에 의해 세기들 I_x 및 I_y를 갖는 2 개의 서브-빔들로 쪼개진다. 빔스플리터가 작용하는 방식으로 인해, 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 2 개의 서브-빔들이 상이한 편광 상태들을 갖는다. 입사 빔에 있어서 2 개의 편광 상태들 사이에 부과된 지연 또는 위상 시프트(δ)는 반사되고 쪼개진 서브-빔들의 복소 진폭들 간의 위상 차(Δ)가 된다.

타원 편광된 빔은 두 세기들(I_x 및 I_y)을 조합함으로써 카메라에서 재구성될 수 있으며, 이는 고정된 위상-시프터(100)에 의해 야기된 고정된 상대 위상 시프트(δ)를 갖는 빔들의 2 개의 측정된 세기들이며, 2 개의 상이하게 편광된 빔들의 세기들을 나타낸다.

다음 수학식을 이용하여 평균 세기(m)가 주어진다:

m = I_x + I_y

이때, 세기들 간의 차이(d)는 다음과 같다:

d = I_y - I_x

격자 구조체들을 갖지 않는 표면들에 대해, p(R_p) 및 s(R_s)에 대한 반사율은 본질적으로 방위각(A)에 독립적이며, 이는 캘리브레이션을 위해 사용되는 대부분의 빈 표면들에 대해 유지된다. 이는 2 개의 편광된 서브-빔들의 반사 계수들(R_p 및 R_s)(및 그 조합들)이 A의 함수들이 아님을 의미한다. 반면에, 세기(I)는 A뿐만 아니라, 반사율(R)에도 의존적이다.

평균 세기(m)는 편광된 서브-빔들의 두 세기들이 함께 더해지지 않기 때문에 지연(δ)에 의존적이지 않고, 단일의 결과적인 세기가 검출기에서 쉽게 측정될 수 있다:

m = I_x + I_y = Rp²(C₄ + C₂S₂) + Rs²(S₄ + C₂S₂) 이므로

m = 0.5(Rp² + Rs²) + 0.5C(2A)(Rp² - Rs²)

이때,

C₄ = cos(A)⁴

S₄ = sin(A)⁴

C₂S₂ = cos(A)²sin(A)²

C₃S = cos(A)³sin(A)

CS₃ = cos(A)sin(A)³

C(2A) = cos(2A)

입사 빔의 방위각(A) 및 검출기 측정으로부터 m을 아는 경우, 수학식(5)를 이용하여 tanP가 도출될 수 있다:

반면에, 세기들 간의 차를 고려하는 경우, 상이한 편광 상태들을 갖는 2 개의 서브-빔들 간의 위상 차가 존재하므로, 두 상태들의 세기들 간의 차를 결정하는 것은 그 위상 차를 고려한다. 또한, 2 개의 서브-빔들 간의 세기 차이는 적용된 위상 시프트 또는 지연(δ), 및 반사 이후의 결과적인 위상 차(Δ) 모두에 의존한다. 그러므로, 세기들 간의 차는 다음과 같다:

d = I_y - I_x = {Rp²(C₄ - C₂S₂) + Rs²(S₄ - C₂S₂)}cos(δ) + …

… RpRs{cos(Δ)cos(δ)4C₂S₂ + sin(Δ)sin(δ)2(C₃S + CS₃)}

cosΔ(편광 상태들 간의 위상 차)는, 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12를 참조하여 이후에 설명될 δ가 알려지거나 추정되는 경우에, 그리고 앞선 수학식(5) 및 수학식(8)로부터 Rp 및 Rs가 결정되는 경우에 쉽게 얻어진다.

기판(W)의 구조체의 재구성 동안이든 캘리브레이션 동안이든, I_x 및 I_y의 알려진 값들에 대해 타원 편광된 빔이 재구성된다. 타원 편광된 빔의 세기의 관계를 (도 8에 도시된) 개별적인 성분들의 진폭에 적용하는 것은 앞선 수학식(1) 및 수학식(2)로 입력될 수 있는 진폭들을 제공한다. 이로 인해 재구성된 빔은 위상 차(Δ) 및 상대 진폭 정렬(tanψ)을 제공하며, 따라서 구조체(30)의 파라미터들을 생성한다. 다시 말하면, 지연(δ)이 고정되거나 알려져 있는(또는 아래에서 설명되는 바와 같이 추정되는) 한, 각각의 픽셀에서 수신된 2 개의 세기들의 평균 및 도 5의 CCD 카메라 상에서 측정되는 각각의 픽셀에 대한 2 개의 세기들 간의 차이를 측정함으로써 원하는 파라미터들(Δ 및 ψ)이 결정될 수 있다.

도 9, 도 10, 도 11 및 도 12는 도 5의 카메라(CCD)에 의해 수신된 엘립소미터 데이터를 도시한다. 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12의 축선들 상의 숫자들은 CCD로부터의 픽셀 숫자들이며, 이미지는 기판의 표면으로부터 반사되고 산란된 방사선을 수용하는 현미경 대물렌즈의 퓨필 평면에서와 동일하다. 각각의 형상에서의 중심점은 퓨필 평면의 중심이므로, 법선 상에 입사하는 방사선을 나타낸다. "로트(lot)" 또는 기판(W)의 에지는 퓨필 평면의 에지에서 이미징되며, 이미지의 이 부분 상의 픽셀들은 최대 각도, 예를 들어 법선에 대해 80 °로 반사된 방사선을 나타낸다.

특히, 도 9는 각각의 픽셀에 대해 카메라(CCD) 상에 입사하는 방사선 빔의 반사 각도의 범위에 걸친 평균 세기(m)를 나타낸다. 도 9에 나타낸 예시에서는, 550 nm 파장의 방사선이 사용되었다.

도 10은 반사되고 산란된 방사선 빔의 동일한 영역에 걸친, 또한 각각의 픽셀에 대한 세기들 간의 차(d)를 나타낸다. 도 9 및 도 10에 나타낸 세기 차(d) 및 평균 세기(m)로부터 ψ 및 Δ의 수치를 구하는 것은 각각 앞서 설명된 수학식(5) 및 수학식(9)를 이용하여 수행된다.

수학식(9)를 참조하면, δ에 대한 값을 결정하고 후속하여 Δ에 대한 값을 결정하기 위해, (최적화 알고리즘에 의해 수행될 수 있는) 반복 공정이 수행된다. 먼저, δ에 대한 값이 추정된다. 훌륭한 추정은 1/4 파장판이 사용되는 경우에 1.5 라디안(또는 약 B/2 라디안; 즉, 90 °)이다. 이는, 1/4 파장판이 하나의 편광 방향을 파장의 1/4만큼 지연시켜서, 총 빔의 편광을 B/2 라디안만큼 효과적으로 회전(turn)시키기 때문이다(그리고 선형 편광을 원 편광으로 바꿈). 그러므로, 위상 시프트(δ)는 1.5 라디안의 구역 내에 있을 수 있다.

δ에 대한 이 추정은 앞선 수학식(9)의 제 1 부분으로 입력된다. 이에 따라, 각각의 픽셀에 대한 d의 값이 계산된다. d의 이 값들이 도 10에 도시된다. δ가 올바르게 추정된 경우,

d - [Rp²(C₄ - CS₂) + Rs²(S₄ - CS₂)] * cos(δ)

이 함수는 대각을 중심으로 대칭이어야 하며, 선대칭(axial symmetry)을 갖는 성분들이 없어야 한다. 그렇지 않은 경우, δ에 대한 추정은 d의 x 및 y 축선 값들이 단지 대각 대칭만을 나타낼 때까지 반복하여 변한다.

도 11은 카메라에서의 검출 및 수학식(5)로의 삽입으로부터 m의 값의 정보를 이용함으로써 도출된 ψ에 대한 픽셀 값들을 나타낸다. 1.50 라디안의 지연(δ)을 가정하여, ψ의 이미지가 도 11에 도시된다.

Δ의 픽셀 값들은 도 10으로부터의 d의 값 및 수학식(9)로부터 결정된 δ의 값을 이용하여 도 12에 도시된다. 도 11 및 도 12는 방사선 빔이 편향된 표면의 형상을 도출하기 위해 측정되고 해석될 수 있는 ψ 및 Δ의 변동을 도시한다. 이미지들뿐만 아니라, 외부에서 이미지의 중심으로의 형상의 변동에 있어서 비대칭은, 검출기에 의해 수신된 경우에 방사선 빔을 재구성하고, 이에 따라 방사선 빔에 대해 기판 표면이 끼친 영향을 결정하는데 사용될 수 있는 측정가능한 파라미터들의 변동을 야기한다. 방사선 빔에 대한 표면의 영향은 표면 상의 여하한의 대상물의 형상에 직접 관련되므로, 이것이 도출될 수 있다.

그러므로, 도 11 및 도 12에 나타낸 엘립소미터 데이터로부터 ψ 및 Δ의 변동이 결정될 수 있다. 설명된 장치 및 방법의 장점들은, 측정 시간이 허비되지 않고, 기본 스케터로미터만큼 정말로 측정이 빠르도록 세기들이 동시에 측정될 수 있으면서, 개개의 편광 상태들의 별도 측정들을 갖는다는 것이다. 이는 레이저와 같 은 펄스화된 광 소스를 사용할 수 있게 한다. 또한, 위상-시프터는 약 90 °지연을 갖는 단순한 1/4 파장판일 수 있다. 이는 분석을 더 심도있게 할 수 있도록 기존 스케터로미터에 추가되어야 할 하드웨어가 더 적다는 것을 의미한다. 특히, 설명된 엘립소미터는 측정들에 있어서 방위각들(A = 45 ° 및 A = 135 °) 대각들 상에서만이 아닌 전체-퓨필 분석을 허용한다. 이 전체-퓨필 접근법은 앞선 수학식(5) 및 수학식(9)에서 나타낸 바와 같이 앞서, 반사 각도들 모두가 이용가능하지 않았기 때문에 가능하지 않았다. 위상-시프터에 의해 지연이 알려지지 않은 경우, 지연(δ)은 앞서 설명된 x/y 축선을 따른 대칭 또는 45/135 ° 대각들을 따른 대칭에 대한 비-대각 정보로부터 얻어질 수 있다. 지연(δ)의 이 결정은 최적화 알고리즘 값들을 이용하여 신속하게 얻을 수 있으며, P 및 Δ에 대한 값들이 신속하게 따른다.

앞서 설명된 바와 같은 고정된 지연 엘립소미터를 이용하는 또 다른 장점은, 아래에서 설명되는 바와 같이 대물 렌즈에서의 불규칙들이 쉽게 보상될 수 있다는 것이다.

앞서 설명된 바와 같이, 엘립소메트리는 p-편광 및 s-편광 상태들의 반사된 광 세기뿐만 아니라, p-편광 및 s-편광 상태들의 반사 진폭들(반사 계수들)(Rp 및 Rs) 간의 상대 위상 차도 측정한다는 사실에서 스케터로메트리 또는 반사측정(reflectometry)과는 다르다. 특히, 엘립소메트리는 타원 편광된 광을 재구성하기 위해 s-편광 상태에 대한 p-편광 상태의 상대 위상 차들을 사용한다.

앞서 설명된 엘립소미터의 특이성은 반사율이 모든 입사각에 대해, 또한 모 든 방위각에 대해 측정될 수 있다는 것이다.

엘립소메트리의 경우에서와 같이 종래의 스케터로메트리에서, 극좌표에서 각도(예를 들어, 대칭의 중심 축선으로부터 라디안들에서)가 이미징되는 격자의 방위각과 같고 이미지의 반경이 그 구조체(즉, 격자) 상으로의 광의 입사각과 같은 원형 퓨필 이미지가 CCD 카메라 상에 기록된다. 하지만, 종래의 스케터로메트리가 갖는 문제점은 반사된 세기의 직접 측정들만이 이미지를 생성하는데 사용되기 때문에, 렌즈 시스템의 청결도(cleanliness)에 의해 입사각 및 방위각의 함수로서 기록되는 반사된 세기들이 저하된다는 것이다.

이전에, 거울 반사 맵을 얻기 위해 먼저 약 100 % 반사 알루미륨 거울(즉, 완벽한 거울)로부터의 세기 이미지를 얻는 임시 해결책만이 존재하였다. 그 후, 제 2 단계는 격자로부터 유사한 이미지 또는 동등한 구조체를 만들고, 이 이미지를 거울 반사 맵에 대해 하나하나 정규화하는 것이였다. 한 이미지에 대한 다른 이미지의 정규화는 렌즈 상의 먼지로 인할 수 있고 수학적으로 제거될 수 있는 여하한의 차이들을 야기한다. 이는 특히 완벽한 거울을 유지하는 어려움 때문에 매우 견고(robust)하지는 않을 수 있는 캘리브레이션 단계이다.

스케터로메트리에서, ψ의 먼지에 대한 민감성은 완벽한 거울로의 캘리브레이션을 이용하여 대부분 제거될 수 있지만, Δ에 대해서는 그렇지 않을 수 있다. 하지만, 앞서 설명된 엘립소메트리를 이용하면, I_y - I_x가 2 개의 편광 상태들 간의 위상 차에 의존한다는 사실로 인해 I_y - I_x는 광학 요소들 상의 먼지 입자들의 영향 을 받지 않으며, 이는 반사율과 같은 절대값이 그러한 것과 동일한 방식으로 먼지의 영향을 받지 않는다.

이 장점이 도 13 및 도 14에서 증명된다. 도 13은 전형적인 스케터로메트리 절차를 나타내며, 이때 편광된 광은 먼지 또는 티끌의 입자(101)가 존재하는 렌즈(L)를 통해 비쳐진다. 종래의 스케터로메트리에서는, 먼지 입자(101)가 s-편광 및 p-편광된 상태들의 각각의 반사된 빔들(Rp 및 Rs)에 대해 어떠한 영향을 미치는지를 결정하기 위해 캘리브레이션 단계가 사용된다. 하지만, 도 14에 나타낸 엘립소메트리에서는(특히, 위상 측정에서는) 캘리브레이션 단계들이 생략된다. 알려진 위상 시프트를 갖는 타원 편광된 광의 사용이 엘립소메트리에서 사용된다. 타원 편광된 광을 이용하면, 반사율에 있어서 10 %까지의 시프트를 야기할 수 있는 티끌 또는 먼지 입자들(101)이 p-편광 및 s-편광 상태들 사이에 단지 매우 작은 여분의 위상 시프트(Δ')만을 야기할 것이다. 또한, 상기 시프트는 반사된 p-편광된 광선에 대해 반사된 s-편광된 광선에 대해서와 동일할 것이다. 엘립소메트리에서는, Δ에 대한 위상 차가 사용되기 때문에, 이 먼지 입자에 의한 작은 영향은 상쇄될 수 있다.

이 영향은 실험들에 의해 확증되었다. 모든 방위각 및 입사각에 대한 스케터로미터로 형성된 전형적인 위상-스테핑(phase-stepping) 엘립소미터 상에서, (앞서 설명된 알루미늄 거울을 이용한) 거울 보정 맵들로의 보정을 이용하여, 또한 이용하지 않고 Δ 및 ψ의 측정들이 수행되었다. 측정들은 순수한 실리콘, 2000 nm의 산화물을 갖는 실리콘, 및 100 nm의 산화물을 갖는 알루미늄 거울 상에서 수행 되었다. 엘립소미터로 계산된 Δ에서 어떠한 영향도 관찰되지 않는다고 실험들에서 나타내었다.

앞서 설명된 바와 같은 또 다른 형태의 엘립소미터 상에서, 엘립소미터로 실현된 Δ에서 수행된 유사하지만 명백하게 더 작은 차이들이 관찰되었다.

도 15, 도 16, 도 17 및 도 18에는 550 nm 파장들의 방사선에서의 실리콘 상의 ψ 및 Δ의 완전한 퓨필 이미지 플롯들이 도시된다. 도 15는 ψ의 보정되지 않은 측정을 나타낸다. 도 16은 Δ의 보정되지 않은 측정을 제공한다. 반면에, 도 17은 퓨필의 극좌표에서 ψ의 보정된 측정을 나타내며, 도 18은 퓨필의 극좌표에서 Δ의 보정된 측정을 제공한다. 알 수 있는 바와 같이, 도 16과 도 18 사이에는 매우 작은 차이가 존재하며, 엘립소미터 측정들의 사용으로 인해 보정이 요구되지 않음을 나타낸다.

또 다른 실험적 결과들이 도 19, 도 20, 도 21, 도 22, 도 23 및 도 24에 도시된다.

실험 중에, (A, Rp 및 Rs의 함수로서) 세기들의 합(m)의 이미지 및 (A, Rp, Rs, δ 및 Δ의 함수로서) 세기들의 차(d)의 이미지로부터, 지연기(100)로부터 도입된 위상(δ)에 있어서 단일의 알려진 양에 대해 Δ에 대한 엘립소미터 값이 발견될 수 있다는 것을 발견하였다.

이것이 행해지는 방식은, 엘립소미터의 Δ 및 ψ, 및 스케터로미터의 Rp 및 Rs가 방위각(A)에 독립적인 경우에 프레넬(Fresnel) 방정식들이 사용될 수 있는 다층 기판들에 대한 측정들로부터이다. 하나의 단일 측정가능한 함수(d)로부터, 또 한 알려진 δ를 통합하여, 엘립소미터의 Δ가 앞선 수학식(9)로부터 도출된 공식을 이용하여 발견될 수 있다:

이를 가변 위상 시프터를 사용하는 앞서 설명된 형태의 위상 스테퍼 엘립소미터에 비교하면, 고정된 δ가 사용되는 경우에는 기록된 푸리에 방법들로서 d(δ)의 플롯들의 일 세트가 요구되지 않기 때문에 수학의 상대적인 간명함에서 장점이 있다.

본 발명의 엘립소미터를 이용하는 요지는, 가능한 한 정밀하게 고정된 위상 값(δ)을 결정하는 것이다. 본 발명에서의 그 값은 함수 d의 방위각 의존성인 구조체로부터 발견될 수 있다. 특히, 함수 p는 x 및 y 축선에 대한 거울-대칭이고 두 함수들 q 및 r은 대각들에 대한 거울-대칭이라는 점에서, 수학식(11)로부터의 d의 서브-함수 p(A,Rp,Rs)는 d의 서브-함수들 q(A,Rp,Rs) 및 r(A,Rp,Rs)와 상이하게 동작한다. 이 특성을 이용하여, 수학식(11) 및 수학식(12)의 변수들의 수월한(straightforward) 분리가 가능하며, 이는 d의 결정을 야기한다. 이는 도 19 내지 도 24를 참조하여 아래에서 설명된다.

제 1 단계는 d-p*cos(δ)만이 대각을 따라 남겨진 대칭을 갖도록 (알려지지 않았지만 변경할 수 있는) δ의 값을 최적화하는 것이다.

도 19는 여전히 알려지지 않은 고정된 위상 δ에 대한 함수 d의 플롯을 나타낸다. 도 20 및 도 21은 함수 p(A,Rp,Rs)의 2 개의 성분을 나타낸다. 이 성분들은 측정된 함수 d로부터 차감된다. 대각들에 따른 대칭만이 존재하고 차(d-p*cos(δ))가 수행되도록 δ이 올바르게 선택되는 경우, 결과는 도 22에 나타낸 바와 같이 대각들에 대해서만 대칭적인 이미지이다.

도 23 및 도 24는 d의 이미지가 형성되는 성분들 q 및 r을 제공한다. δ를 최적화하는 것은 대각을 따라 도 22의 거울 이미지를 취함으로써 행해질 수 있다. 그 후, 이는 대칭 차이를 결정하기 위해 원래 도 22와 비교(즉, 차감)될 수 있다. 이러한 방식으로, 0.01 rad의 정확성으로 δ를 결정하는 것이 가능하다. Δ의 가장 확실한 값들은 약 1.52 rad 또는 0.25*파장의 위상 시프트를 이용하여 도출될 수 있다.

요약하면, 타원 편광된 방사선을 생성하는 엘립소미터를 이용하고, 특히 Δ 출력 데이터를 이용하는 장점은, 스케터로미터들이 그 성능 및 정확성에 있어서 매우 개선될 수 있다는 것이다. 종래의 기계에서 사용된 많은 캘리브레이션 단계들이 생략될 수 있으며, 특히 이는 거울 반사 맵에 적용된다. 앞서 설명된 엘립소미터의 대물 렌즈 상의 티끌 입자들 조차도 Δ의 측정에 어떠한 영향도 주지 않는다. 이는 기판 상의 구조체들의 재구성에 있어서 전반적인 방법을 간략화하며, 또한 재구성의 최종 정확성을 증가시킨다.

본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하 여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.

이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.

본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔", 뿐만 아니라 "광"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.

본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다.

예를 들어, 실행가능한 코드들을 포함한 컴퓨터 시스템 관련 프로그래밍의 소프트웨어 기능들이 앞서 설명된 검사 방법들을 구현하는데 사용될 수 있다. 소프트웨어 코드는 다목적 컴퓨터에 의해 실행가능할 수 있다. 작동시, 코드 및 가능하게는 연계된 데이터 기록들이 다목적 컴퓨터 플랫폼 내에 저장될 수 있다. 하지만, 다른 경우에는 소프트웨어가 다른 위치들에 저장되고, 및/또는 적절한 다목적 컴퓨터 시스템으로의 로딩을 위해 이송될 수 있다. 따라서, 앞서 설명된 실시예들은 1 이상의 기계-판독가능한 매체에 의해 운반되는 코드의 1 이상의 모듈들의 형태로 1 이상의 소프트웨어 제품들을 수반한다. 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의한 이러한 코드들의 실행은, 플랫폼이 본질적으로 본 명세서에서 설명되고 예시된 실시예들에서 수행되는 방식으로 기능들을 구현할 수 있게 한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 컴퓨터 또는 기계 "판독가능한 매체"라는 용어는 실행을 위한 프로세서에 명령어들을 제공하는데 가담하는 여하한의 매체를 칭한다. 이러한 매체는 비-휘발성 매체, 휘발성 매체 및 전송 매체를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다수 형태들을 취할 수 있다. 비-휘발성 매체는, 예를 들어 앞서 설명된 바와 같이 작동하는 여하한의 컴퓨터(들) 내의 여하한의 저장 디바이스들과 같은 광학 또는 자기 디스크들을 포함한다. 휘발성 매체는 컴퓨터 시스템의 주 메모리와 같은 동적 메모리를 포함한다. 물리적 전송 매체는 컴퓨터 시스템 내에 버스를 포함하는 전선들을 포함한 동축 케이블, 구리선 및 섬유 광학기를 포함한다. 반송파 전송 매체는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신들 중에 발생되는 것과 같은 전기 또는 전자기 신호들, 또는 음파 또는 광파의 형태를 취할 수 있다. 그러므로, 컴퓨터-판독가능한 매체의 통상적인 형태들은, 예를 들어: 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 여하한의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD, 여하한의 다른 광학 매체, 펀치 카드와 같은 덜 통상적인 매체, 종이 테이프, 홀들의 패턴을 갖는 여하한의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, 및 EPROM, FLASH-EPROM, 여하한의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 반송파 전송 데이터 또는 명령어들, 이러한 반송파를 전송하는 케이블 또는 링크, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드들 및/또는 데이터를 판독하거나 전달할 수 있는 여하한의 다른 매체를 포함한다. 이 형태들의 컴퓨터 판독가능한 매체 대부분은 실행을 위한 프로세서로 1 이상의 명령어의 1 이상의 시퀀스를 운반하는데 관련될 수 있다.

상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시하는 도면;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 스케터로미터를 도시하는 도면;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 스케터로미터를 도시하는 도면;

도 4는 검사 장치를 도시하는 도면;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치를 도시하는 도면;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 빔의 동작을 도시하는 도면;

도 7은 방사선 빔의 편광 상태들의 동작을 도시하는 도면;

도 8은 구조체로부터 반사된 빔의 세기와 편광 간의 관계를 도시하는 도면;

도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘립소미터 데이터의 측정을 도시하는 도면;

도 13 및 도 14는 편광된 광이 굴절되는 렌즈 상에서의 먼지의 영향을 도시하는 도면;

도 15 및 도 16은 보정되지 않은 엘립소미터 측정들을 도시하는 도면;

도 17 및 도 18은 도 15 및 도 16에 따른 보정된 엘립소미터 측정들을 도시하는 도면; 및

도 19 내지 도 24는 δ를 결정하는데 사용된 실험 측정들을 도시하는 도면이다.

Claims

기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치에 있어서:

방사선 빔을 공급하도록 구성된 방사선 소스;

상기 방사선 빔이 상기 기판으로부터 반사하도록 입사각 및 방위각(azimuth angle)의 범위로 상기 기판 상에 상기 방사선 빔을 포커스하도록 구성된 광학 요소;

2 개의 상이한 편광 방향으로 상기 방사선 빔을 편광시키도록 구성된 편광 디바이스(polarizing device);

상기 반사된 방사선 빔에 고정된 위상 시프트를 부과하기 위해, 사전설정된 양만큼 제 1 편광 방향을 지연(retard)시키도록 구성된 고정된 위상-시프터(fixed phase-shifter); 및

상기 방사선 빔의 2 개의 편광 방향에 있어서 각도-분해된 스펙트럼(angle-resolved spectrum)을 동시에 검출하도록 구성된 검출 시스템(detector system)을 포함하여 이루어지는 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 입사각의 범위는 약 0 내지 80 도이며, 상기 방위각의 범위는 약 0 내지 360 도인 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 고정된 위상 시프트는 약 90 또는 270 도인 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 위상-시프터는 1/4 파장판(quarter wave plate)을 포함하는 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 편광 디바이스 및 위상-시프터는 상기 기판으로부터 반사된 상기 방사선 빔이 타원 편광되게 하도록 구성되는 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

포커싱 시스템, 및 상기 포커싱 시스템의 이미지 평면 내에 배치되고, 개별적인 편광된 반사된 방사선 서브-빔들이 상기 검출 시스템 상의 상이한 위치들에 수용되도록 편광 방향에 기초하여 상기 빔을 상이한 방향들로 재지향하도록 구성된 광학 웨지(optical wedge)를 더 포함하는 검사 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 방사선 빔의 방위각(A)을 측정하고;

상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 평균 세기(m)를 검출하며;

상기 방위각(A) 및 상기 평균 세기(m)로부터 상기 편광된 반사된 방사선 서 브-빔들의 반사율(Rp, Rs)을 도출하고;

상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 편광 방향들 간의 각도(ψ)의 수치를 구하며;

상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 편광 방향들 간의 각도(ψ)의 사전설정된 모델로부터의 변동으로부터 유도되는 상기 기판 표면의 특성을 결정하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는 검사 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 반사율(Rp, Rs)은 다음 수학식:

m = 0.5(Rp² + Rs²) + 0.5cos(2A)(Rp² - Rs²)를 이용하여 도출되는 검사 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 편광 방향들 간의 각도(P)는 다음 수학식: tanψ = Rp / Rs를 이용하여 구해지는 검사 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 방사선 빔의 방위각(A)을 측정하고;

상기 기판 표면으로부터 반사 이전에 상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들 간의 위상 시프트(δ)의 값을 결정하며;

상기 방위각(A) 및 상기 위상 시프트(δ)로부터 상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 세기들 간의 차(d)를 계산하고;

상기 서브-빔들의 세기들 간의 차(d)로부터, 반사 후 상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 편광 방향 간의 위상 차(Δ)를 도출하며;

상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 편광 방향들 간의 위상 차(Δ)의 사전설정된 모델로부터의 변동으로부터 유도되는 상기 기판 표면의 특성을 결정하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는 검사 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 세기들 간의 차(d)는 대각 대칭(diagonal symmetry)을 갖는 다음 함수:

d=I_y-I_x={Rp²(cos(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)+Rs²(sin(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)}cos(δ)를 이용하여 상기 방위각(A) 및 상기 위상 시프트(δ)로부터 계산되는 검사 장치.
제 10 항에 있어서,

반사 후 상기 편광된 반사된 방사선 서브-빔들의 편광 방향 간의 위상 차(Δ)는 다음 수학식:

d=I_y-I_x={Rp²(cos(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)+Rs²(sin(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)}cos(δ)+… RpRs{cos(Δ)cos(δ)4cos(A)²sin(A)²+sin(Δ)sin(δ)2(cos(A)³sin(A)+cos(A)sin(A)³)}을 이용하여 상기 서브-빔들의 세기들 간의 차(d)로부터 도출되는 검사 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 프로세서는:

제 1 서브-빔의 상기 위상 시프트(δ)의 값을 추정하고;

상기 서브-빔들의 검출된 이미지의 각각의 픽셀에 대해, 상기 2 개의 서브-빔들의 반사 계수들(Rp, Rs) 간의 위상 차(Δ) 및 상기 추정된 위상 시프트(δ)를 이용하여 각각의 서브-빔 간의 세기(I) 차(d)를 계산하며;

상기 d의 계산된 값들에 기초하여 δ의 올바른 값을 결정하도록 최적화 계산을 수행함으로써 상기 위상 시프트(δ)의 값을 결정하도록 구성되는 검사 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 세기(I)의 차(d)를 계산하는 단계는 다음 수학식:

d=I_y-I_x={Rp²(cos(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)+Rs²(sin(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)}cos(δ)를 이용하는 단계를 포함하는 검사 장치.
기판의 특성을 측정하는 방법에 있어서:

타원 편광을 갖는 방사선 빔을 제공하는 단계;

상기 기판의 표면으로부터 상기 방사선 빔을 반사시키는 단계;

상기 반사된 방사선 빔을 제 1 및 제 2 직교 편광된 서브-빔들로 쪼개는 단계;

상기 제 1 서브-빔들의 위상을 상기 제 2 서브-빔에 대해 고정된 양만큼 시프트하는 단계; 및

상기 두 서브-빔들 모두를 동시에 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 기판 특성 측정 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 방사선 빔의 방위각(A)을 측정하는 단계;

상기 제 1 및 제 2 서브-빔들의 세기(m)를 검출하는 단계;

상기 방위각(A) 및 상기 세기(m)로부터 상기 제 1 및 제 2 서브-빔들의 반사율(Rp, Rs)을 도출하는 단계;

상기 두 서브-빔들의 두 편광 방향들 간의 각도(P)의 수치를 구하는 단계; 및

상기 두 서브-빔들의 두 편광 방향들 간의 각도(P)의 사전설정된 모델로부터의 변동으로부터 유도되는 상기 기판의 표면의 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는 기판 특성 측정 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 서브-빔들의 반사율(Rp, Rs)은 다음 수학식:

m = 0.5(Rp² + Rs²) + 0.5cos(2A)(Rp² - Rs²)를 이용하여 도출되고;

상기 두 서브-빔들의 두 편광 방향들 간의 각도(ψ)는 다음 수학식:

tanψ = Rp / Rs를 이용하여 구해지는 기판 특성 측정 방법.
제 15 항에 있어서:

상기 방사선 빔의 방위각(A)을 측정하는 단계;

상기 기판 표면으로부터 반사 이전에 상기 두 서브-빔들 간의 위상 시프트(δ)의 값을 결정하는 단계;

상기 두 서브-빔들의 세기들 간의 차(d)를 계산하는 단계;

반사 후 상기 서브-빔들의 편광 방향 간의 위상 차(Δ)를 도출하는 단계; 및

상기 두 서브-빔들의 두 편광 방향들 간의 위상 차(Δ)의 사전설정된 모델로부터의 변동으로부터 유도되는 상기 기판 표면의 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는 기판 특성 측정 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 두 서브-빔들의 세기들 간의 차(d)는 다음 수학식:

d = I_y - I_x을 이용하여 계산되고;

반사 후 상기 서브-빔들의 편광 방향 간의 위상 차(Δ)는 다음 수학식:

d=I_y-I_x={Rp²(cos(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)+Rs²(sin(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)}cos(δ)+… RpRs{cos(Δ)cos(δ)4cos(A)²sin(A)²+sin(Δ)sin(δ)2(cos(A)³sin(A)+cos(A)sin(A)³)}을 이용하여 도출되는 기판 특성 측정 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 위상 시프트(δ)의 값을 결정하는 단계는:

상기 제 1 서브-빔의 위상 시프트(δ)의 값을 추정하는 단계;

각각의 서브-빔 간의 세기(I) 차(d), 상기 두 서브-빔들의 반사 계수들(Rp, Rs) 간의 위상 차(Δ) 및 상기 추정된 위상 시프트(δ)로부터, 상기 서브-빔들의 검출된 이미지의 각각의 픽셀에 대한 d의 값을 계산하는 단계; 및

상기 d의 계산된 값들에 기초하여 상기 δ의 올바른 값을 결정하도록 최적화 계산을 수행하는 단계를 포함하는 기판 특성 측정 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 d에 대한 값은 다음 수학식:

d = I_y - I_x을 이용하여 계산되는 기판 특성 측정 방법.
제 20 항에 있어서,

최적화 계산은 각각의 픽셀에 대한 d의 값으로 구성된 이미지가 대각들에 대해 영이 아닌(non-zero) 값들과 x 및 y 축선에 대해 0인 값을 포함하는지를 결정하는 단계, 및 그렇지 않은 경우 d의 값들로 구성된 이미지가 대각들에 대해 0이 아닌 값들과 x 및 y 축선에 대해 0인 값을 포함할 때까지 δ의 값을 재조정하고 d의 값들을 재계산하며 이를 반복하는 단계를 포함하는 기판 특성 측정 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 제 1 서브-빔의 위상 시프트의 추정된 값은 1.5 라디안인 기판 특성 측정 방법.
기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 장치에 있어서:

방사선 빔을 공급하도록 구성된 방사선 소스;

상기 방사선 빔이 상기 기판으로부터 반사하도록 입사각 및 방위각의 범위로 상기 기판 상에 상기 방사선 빔을 포커스하도록 구성된 광학 요소;

2 개의 상이한 편광 방위로 상기 방사선 빔을 편광시키도록 구성된 편광 디바이스;

제 1 편광 방위를 갖는 상기 반사된 방사선 빔의 위상을 사전설정된 양만큼 시프트하도록 구성된 고정된 위상 시프트를 갖는 위상-시프터; 및

상기 방사선 빔의 2 개의 편광 방위에 있어서 각도-분해된 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출 시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치.
기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 셀에 있어서:

방사선 빔을 공급하도록 구성된 방사선 소스;

상기 방사선 빔이 상기 기판으로부터 반사하도록 입사각 및 방위각의 범위로 상기 기판 상에 상기 방사선 빔을 포커스하도록 구성된 광학 요소;

2 개의 상이한 편광 방위로 상기 방사선 빔을 편광시키도록 구성된 편광 디바이스;

제 1 편광 방위를 갖는 상기 반사된 방사선 빔의 위상을 사전설정된 양만큼 시프트하도록 구성된 고정된 위상 시프트를 갖는 위상-시프터; 및

상기 방사선 빔의 2 개의 편광 방위에 있어서 각도-분해된 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출 시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 셀.