KR20150011313A - 간섭계, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법 - Google Patents

간섭계, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법 Download PDF

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다카히로 마츠모토
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Abstract

본 발명의 간섭계는, 광원으로부터의 광을 분할하고, 참조광과 측정광을 합성하여, 간섭광을 생성하도록 구성된 광학계와; 상기 광학계에 의해서 생성된 상기 간섭광을 검출하도록 구성된 검출기와; 상기 검출기가 상기 광원으로부터의 광을 검출하기 전에 상기 광원으로부터의 광에 대해 공간 가간섭을 부여하도록 구성된 광학 부재를 포함한다. 상기 광학 부재는, 상기 광학 부재 상으로 입사되는 광의 빔의 단면과, 상기 광학계에 의해서 분할되기 전의 상기 광원으로부터의 광, 상기 참조광, 상기 측정광 및 상기 간섭광의 광로를 포함하는 평면의 교차선의 방향으로서 제공되는 제2 방향으로, 상기 평면에 수직한 제1 방향보다 큰 공간 가간섭을 부여한다.

Description

간섭계, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법{INTERFEROMETER, LITHOGRAPHY APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}
본 발명은 간섭계, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
백색광 간섭계를 이용하는 표면 형상 계측 장치는 광원에 의해서 방출되는 백색광을 빔(beam) 스플리터로 2개로 분할하고, 상기 2개의 빔이 피검물 및 참조면 상으로 경사 입사되게 한다. 계측 장치는, 빔 스플리터에 의해서, 피검물 및 참조면에 의해서 각각 반사된 측정광 및 참조광을 중첩시킨다. 그 후에, 계측 장치가 촬상 센서에 의해서 취득된 간섭광에 대한 피크 위치를 검출하고, 그리고 피검물의 표면 위치를 계측한다. 백색광 간섭의 신호 특유의 짧은 가간섭(coherence) 길이 및 경사 입사에 의한 기판 표면의 큰 반사율의 2가지 효과에 의해서, 백색광 간섭계를 이용하는 표면 형상 계측 장치는 기판 상의 막 두께 불균일성 또는 패턴에 의해서 유발된 전방 표면 및 후방 표면 사이의 간섭으로부터 발생되는 계측 오차를 억제할 수 있다. 미국 특허 공개 제2007/0086013호는 분광 백색광 간섭계를 이용하는 표면 형상 계측 장치를 개시한다.
미국 특허 공개 제2007/0086013호에 개시된 계측 장치는, 분광기 및 2차원 촬상 센서의 이용에 의해서, 피검물로부터 이동하는 측정광과 참조면으로부터 이동하는 참조광 사이의 간섭에 의해서 얻어지는 신호를 취득한다. 분광기를 통해서 2차원 촬상 센서로부터 획득된 분광 신호가 연산(arithmetic) 수단에 의해서 푸리에(Fourier)-변환된다. 기판의 표면 위치를 계측하기 위해서, 시간 도메인 내의 취득된 백색광 간섭 신호의 피크 위치가 검출된다. 그에 따라, 미국 특허 공개 제2007/0086013호에 개시된 계측 장치는, X-Y 평면 상의 각각의 계측 지점에서 Z 방향으로 피검물을 기계적으로 스캐닝하지 않고, 표면 형상을 신속하게 계측할 수 있다.
그러나, 일반적으로, 짧은 가간섭 길이를 갖는 백색광 간섭계를 이용하는 표면 형상 계측 장치는 낮은 공간 가간섭 및 좁은 계측 범위의 문제를 갖는다. 공간 가간섭은 광축을 따른 단면 상의 가간섭을 의미한다. 가간섭은 공간 가간섭 외에 시간 가간섭을 포함한다. 공간 가간섭은 광축을 따른 단면 상의 가간섭을 나타내는 반면, 시간 가간섭은 광축 방향을 따른 가간섭, 즉 간섭하는 광로의 범위를 나타낸다. 본 발명이 해결하고자 하는 문제는 공간 가간섭에 관한 것이다. 경사 입사 간섭계에서, 피검물의 위치가 높이 방향으로 시프트되면, 측정광은 원칙적으로 광축을 따른 단면 상에서 참조광에 대해서 시프트하여, 위치 시프트(이하에서, 수직 시프트로 지칭된다)를 생성한다. 할로겐 광원 또는 백색 LED 등의 저 가간섭 광원이 이용되는 경우, 참조광에 대한 측정광의 수직 시프트로 인해서 공간 가간섭이 감소된다. 콘트라스트의 저하에 따라, 계측 정밀도가 떨어진다.
측정광에 대한 측정광의 수직 시프트에 따른 공간 가간섭의 감소를 억제하기 위해서, 동공 위치에 적은 개구수(numerical aperture)를 갖는 개구 조리개를 배치하는 방법이 있다. 적은 개구수를 갖는 개구 조리개가 점상(point image)의 흐림량(blur amount)을 증가시키고 참조광 및 측정광이 상면(image plane) 상에서 서로 중첩되는 면적을 증가시키도록 배치된다. 이는 간섭광에 대한 측정광의 수직 시프트에 따른 공간 가간섭 감소를 억제할 수 있다. 그러나, 적은 개구수를 갖는 개구 조리개가 배치될 때, 신호 강도가 감소되고, 그리고 신호의 S/N 비율의 감소와 함께 계측 정밀도가 떨어진다. 그에 따라, 경사 입사 백색광 간섭계는, 간섭광에 대한 측정광의 수직 시프트에 따른 공간 가간섭의 감소가 억제될 때, 신호 강도의 감소로 인한 계측 정밀도가 저하된다는 문제점을 갖는다.
미국 특허 공개 제2007/0086013호는, 직사각형 개구를 갖는 개구 조리개가 분광 백색광 간섭계 내의 동공 위치에 배치되는 구성을 개시한다. 그러나, 이러한 문헌은 직사각형 개구의 단측(shorter side) 방향과 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향 사이의 관계, 그리고 파장 분해 방향과 분광기에서의 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향 사이의 관계를 설명하고 있지 않다. 이들 관계는 분광 백색광 간섭계 내의 고정밀도 계측을 구현하는데 있어서 매우 중요하다. 그에 따라, 미국 특허 공개 제2007/0086013호의 설명의 내용은 고정밀도로 피검물의 표면 형상을 계측하는데 있어서 충분하지 않다.
본 발명은 피검물을 고정밀도로 계측하는 간섭계를 제공한다.
본 발명은, 광원으로부터의 광을 분할하고, 분할된 상기 광 중 하나의 빔을 참조면에 의해 반사시킴으로써 생성된 참조광과, 분할된 상기 광 중 다른 빔을 피검물 상으로 경사 입사시키고 상기 피검물에 의해 상기 다른 빔을 반사시킴으로써 생성된 측정광을 합성하여, 간섭광을 생성하도록 구성된 광학계와; 상기 광학계에 의해서 생성된 상기 간섭광을 검출하도록 구성된 검출기와; 상기 검출기가 상기 광원으로부터의 광을 검출하기 전에 상기 광원으로부터의 광에 대해 공간 가간섭을 부여하도록 구성된 광학 부재를 포함하고, 상기 광학 부재는, 상기 광학 부재 상으로 입사되는 광의 빔의 단면과, 상기 광학계에 의해서 분할되기 전의 상기 광원으로부터의 광, 상기 참조광, 상기 측정광 및 상기 간섭광의 광로를 포함하는 평면의 교차선의 방향으로서 제공되는 제2 방향으로, 상기 평면에 수직한 제1 방향보다 큰 공간 가간섭을 부여하는, 간섭계를 제공한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부 도면을 참조한 이하의 예시적인 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 간섭계의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 간섭계 내의 신호 처리 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 공간 가간섭 및 개구수 사이의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 Y-Z 평면 상의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 개구 조리개의 영향을 도시한 도면이다.
도 6은 개구 조리개의 회전 시프트의 영향을 도시한 도면이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 간섭계의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 간섭계의 구성을 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 제3 실시예에 따른 간섭계를 이용하는 계측의 예를 도시한 도면이다.
도 10은 제4 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 노광 장치에 의한 순차적인 계측 및 노광을 도시한 흐름도이다.
이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명할 것이다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 나타내고, 그리고 그에 대한 반복적인 설명을 생략할 것이다. 이하의 실시예에서 설명되는 백색광 및 백색광원에 의해서 방출되는 광은 광대역 파장을 갖는 광을 의미하고, 그리고 가시 영역(400 ㎚ 내지 800 ㎚)의 광으로 항상 제한되는 것은 아니다. 당연하게, 본 발명은, 예를 들어, 근적외선 파장 대역의 광(예를 들어, SLD)을 이용하는 광학 가간섭 단층촬영(tomography)(OCT)에도 적용될 수 있다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서 피검물의 표면 형상을 계측하는 간섭계(200)의 구성을 도시하는 개략도이다. 제1 실시예는, 개구 조리개(100)가 공간 가간섭을 생성하기 위해서 이용되는 경우를 설명할 것이다. 간섭계(200)는, 하나의 방향(Y 방향)을 따라 기판(3)을 스캐닝하는 동안 높이 방향(Z 방향)을 따라 피검물로서 제공되는 기판(웨이퍼)(3)의 위치를 검출하는 장치이다. 간섭계(200)는 할로겐 램프 또는 LED(백색 LED 포함)에 의해서 구성되고 광대역 광(백색광)을 방출하는 광원(1), 렌즈(13a), 개구 조리개(100), 빔 스플리터(2a), 참조면(4), 렌즈(13b), 및 분광기(50)를 포함한다. 또한, 간섭계(200)가 2차원 촬상 센서(검출기)(58), 및 2차원 촬상 센서(58)에 의해서 검출된 간섭광의 전기 신호를 처리하는 프로세서(400)를 포함한다.
각각의 구성 요소의 기능 및 실시예를 설명할 것이다. 도 1에서, 광원(1)에 의해서 방출되는 광대역 광이 개구 조리개(100)를 통과하고, 빔 스플리터(2a)에 의해서 거의 동일한 광량의 2개의 빔으로 분할된다. 하나의 빔이 참조면(4) 상으로 경사 입사되고, 그리고 다른 빔이 기판(3) 상으로 경사 입사된다. 빔 스플리터(2b)가 기판(3)에 의해서 반사된 측정광과 참조면(4)에 의해서 반사된 참조광을 합성한다. 분광기(50) 및 2차원 촬상 센서(58)가 생성된 간섭광을 수광한다. 분광기(50)는 입사 슬릿(56), 분광 유닛(57)(예를 들어, 회절 격자), 및 결상 광학계(16)(미러 광학계)에 의해서 구성된다. 분광기(50)는 입사 슬릿(56)을 통과한 광이 회절 격자(57) 상으로 입사되도록 한다. 회절 격자(57)를 이용하는 것에 의해서, 분광기(50)는 입사 슬릿(56)의 단측 방향을 따라서 각각의 파장에 대해서 간섭광을 한차례 회절시켜, 공간 분해 방향을 따른 스프레드(spread) 및 파장 분해의 방향을 따른 스프레드를 갖는 분광 신호를 획득한다. 2차원 촬상 센서(58)는 1차원 정보 및 파장 정보로서 분광 신호를 수신한다.
예를 들어, 레지스트 등의 반투과성막으로 코팅된 기판(3) 상의 레지스트의 상부 표면의 형상을 계측할 때, 레지스트의 상부 표면의 반사율을 증가시키기 위해서, 상기 기판(3)에 대한 입사 각도가 레지스트의 브루스터(Brewster) 각도와 같거나 그보다 크게 설정될 수 있다. 예를 들어, 입사 각도(θin)가 60°이상으로 설정될 수 있다. 이는, 예를 들어, 입사각이 증가될 때, 상부 표면에 의해서 반사된 광의 강도가 상대적으로 강해지기 때문이다. 예를 들어, 약 몇백 ㎚의 박막(예를 들어, 레지스트)이 기판(3) 상으로 성막될 때, 수광계에 의해서 수광되는 광은 레지스트의 상부 표면에 의해서 반사된 광 및 이러한 레지스트의 하부 표면에 의해서 반사된 광을 포함한다.
레지스트의 상부 표면에 의해서 반사된 광 및 레지스트의 하부 표면에 의해서 반사된 광을 계측하는 방법으로서, 레지스트의 상부 표면 상에서의 반사율을 증가시키기 위해서 기판(3)에 대한 입사 각도를 증가시키는 방법이 제시된다. 이러한 방법에 따라서, 레지스트의 상부 표면에 의해서 반사된 광이 레지스트의 하부 표면에 의해서 반사된 광 보다 강하게 검출될 수 있다. 이는, 특히 광이 브루스터의 각도(또한 편향 각도(deflection angle)로 지칭된다) 이상의 입사 각도로 기판(3) 상의 박막 상으로 입사될 때, 특별한 효과를 갖는다. 이러한 특별한 효과에 대해서는 이하에서 설명할 것이다. p-편광 성분의 광은, 브루스터의 각도의 경계에서 π만큼 위상(phase)이 시프트되는 특징을 갖는다. 예를 들어, 레지스트의 굴절률이 1.5일 때, 공기/레지스트 계면에서의 브루스터의 각도는 56.3°이다. 기판이 Si로 제조되고 그리고 굴절률이 3.8일 때, 레지스트/기판 계면에서의 브루스터 각도는 68.5°이다. 예를 들어, 입사 각도가 60°일 때, 레지스트로부터의 기판(3)에 대한 입사 각도는 스넬(Snell)의 법칙의 이용에 의해서 35°가 되고, 그러한 입사 각도는 레지스트/기판 계면에서의 브루스터의 각도보다 작다. 또한, 입사 각도가 89°가 되도록 설정될 때 그리고 광이 기판(3)에 거의 평행한 입사 각도로 기판(3) 상으로 입사될 때에도, 레지스트로부터 기판(3)에 대한 입사 각도는 41°이고, 그러한 입사 각도는 또한 레지스트/기판 계면에서의 브루스터의 각도보다 작다.
그에 따라, p-편광 성분의 광이 공기/레지스트 계면에서의 입사 각도 이상의 입사 각도로 입사될 때, 레지스트의 상부 표면에 의해서 반사된 광과 레지스트/기판 계면에 의해서 반사된 광 사이에서 π만큼 위상이 시프트된다. 대조적으로, s-편광 성분의 광의 위상은 브루스터의 각도 전후에 변화되지 않는다. 결과적으로, 레지스트/기판 계면에서 반사된 광에 의해서 생성된 간섭광의 위상이 p-편광과 s-편광 사이에서 π만큼 위상이 시프트된다. 편광화되지 않은 광이 이용될 때, 간섭광이 p-편광의 간섭광과 s-편광의 간섭광의 합계에 의해서 주어진다. 그에 따라, 레지스트/기판 계면에서 반사된 광에 의해서 생성된 간섭광이 상쇄되어(canceled), 낮은-콘트라스트 신호를 초래한다. 레지스트의 상부 표면에 의해서 반사된 광에 의해서 생성된 간섭광에 대비하여, 레지스트/기판 계면에서 반사된 광에 의해서 생성된 간섭광이 낮은-콘트라스트 신호가 된다. 그에 따라, 레지스트의 상부 표면의 형상 계측의 정밀도가 개선된다. 이때, 만약 광이 레지스트의 브루스터로 입사된다면, 레지스트의 상부 표면에 의해서 반사된 p-편광이 나타나지 않고, 그에 따라 입사 각도가 60°이상이 되도록 증가될 수 있다. 구체적으로, 일본 특허 공개 제2009-204512호를 참조할 수 있다.
광원(1)의 파장 대역으로서, 400 ㎚ 내지 800 ㎚의 파장이 이용될 수 있다. 그러나, 광원(1)의 파장 대역은 이러한 범위로 제한되지 않고, 그리고 100 ㎚ 이상의 대역이 이용될 수 있다. 레지스트가 기판(3) 상에 형성될 때, 레지스트의 노광을 방지하기 위해서, 기판(3)이 자외선광(350 ㎚) 이하의 파장의 광으로 조사되지 않는다. 빔 스플리터(2a)는, 금속막 또는 유전체 다층형 막 등의 막이 스플리트 막으로서 이용되는 큐빅 빔 스플리터, 또는 약 1 ㎛ 내지 10㎛ 정도로 박막(재료가 SiC, SiN, 등임)으로 형성된 박막(pellicle) 빔 스플리터일 수 있다.
참조면(4)은, 약 5 ㎚ 내지 20 ㎚의 프로파일 불규칙성을 갖는 유리 평면 미러일 수 있다. 레지스트가 기판(3) 상에 형성될 때, 레지스트 막의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 SiO2, SiN 또는 SiC 등의 재료가 참조면(4)의 기판 및 기판 상의 막으로서 이용될 수 있다. 백색광 간섭에서의 가간섭 길이가 몇 ㎛ 정도로 짧기 때문에, 하부 표면에 의해서 반사된 광의 간섭을 방지하기 위해서, 몇 ㎛ 이상의 두께를 갖는 기판이 참조면(4)을 위해서 이용될 수 있다. 대안적으로, 계측되는 기판 상의 막의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 막이 몇 ㎛ 이상의 두께까지 상부에 성막된 기판이 바람직하게 이용된다.
제1 실시예에서 분광기(50)는 일반적인 체르니-터너(Czerny-Turner) 타입일 수 있다. 분광기(50)로 간섭광을 안내하기 위한 다른 구성으로서, 섬유가 이용될 수 있다. 간섭광을 섬유의 입사 단부에 상으로 형성하고 그리고 섬유의 출구 단부로부터 방출되는 광을 분광기(50)로 안내하는 것에 의해서, 2차원 촬상 센서(58)가 분광 신호를 취득할 수 있다. 제1 실시예에서, 분광 유닛(57)으로서, 회절 격자 대신에 분광 프리즘이 이용될 수 있다. 분광 프리즘이 이용될 때, 광원(1)에 의해서 방출되는 광의 계측 범위를 규정하기 위해서 투과 슬릿 플레이트 등이 이용될 수 있고, 그리고 표면 위치가 높은 정밀도로 계측될 수 있다.
렌즈(13a)는 기판(3) 상에서 광원(1)을 결상하는 기능을 갖는다. 렌즈(13b)는, 다시 2차원 촬상 센서(58) 상에서, 렌즈(13a)를 통해서 기판(3) 상으로 투영된 광원 상을 형성하는 기능을 갖는다. 렌즈(13a) 및 렌즈(13b)가 반사 미러에 의해서 구성될 수 있다.
2차원 촬상 센서(58)로서, 예를 들어, 2차원 CCD가 이용된다. 2차원 CCD는, 광다이오드의 광 기전력(photoelectromotive force)에 의해서 생성된 전하를 전송 및 판독하는 것에 의해서 상 정보를 획득한다. 전하 전송 방법에 따라서, 인터라인 전송 타입 및 프레임 전송 타입이 공지되어 있다. 이들 타입 중에서, 신호의 큰 S/N 비율을 갖는 프레임 전송 판독 회로가 분광 계측이 실시되는 제1 실시예에서 채용되는데, 이는 개구율 및 감도가 크기 때문이다. 프레임 전송 2차원 CCD에서, 수광된 광이 각각의 픽셀 내에서 전하로서 축적되고, 이어서 모든 전하가 전송되고 판독되어, 하나의 프레임의 판독을 종료한다. 기판(3)의 표면 형상이 분광 방법에 의해서 계측될 때, 예를 들어, 슬릿의 장측 방향이 X 방향이 되도록 전송 유닛 플레이트(30)를 배치하고, Y 방향으로 기판 스테이지(WS)를 스캔하는 것이 바람직하다. 높이 방향(Z 방향)을 따른 기판(3)의 위치는, 2차원 촬상 센서(58)를 이용하는 것에 의한 하나의 프레임의 촬상의 종료까지 기판 스테이지(WS)가 이동하는 범위 내에서 분광 신호를 취득하는 것에 의해서, 검출될 수 있다. 계측이 기판(3)의 전체 영역 내에서 실시될 때, 미리 결정된 방향(Y 방향)으로 기판 스테이지(WS)를 스캐닝하고, 기판 스테이지(WS)를 스캐닝 방향에 수직인 방향(X 방향)으로 ΔX 만큼 스텝핑시키는 동작이 반복적으로 실시된다. 2차원 촬상 센서(58)로서, 복수의 1차원 라인 센서가 공간 분해(X 방향)의 방향으로 배치되어 1차원 위치 정보(X 방향) 및 파장 정보로서 간섭 광을 수광하고, 그리고 2차원 CCD를 이용하는 대신에, 높이 방향(Z 방향)으로 기판(3)의 위치를 검출할 수 있다.
후속하여, 기판(3)의 형상을 획득하기 위해서 2차원 촬상 센서(58)에 의해서 수신된 간섭 신호를 처리하는 방법이 설명될 것이다. 도 2에서, 2A는 2차원 촬상 센서(58)에 의해서 수신된 분광 신호의 예를 도시한다. 가로 좌표는 파수(wave number)를 나타내고, 세로 좌표는 광 강도 출력을 나타낸다. 분광기(50)를 이용하는 것에 의해서 각각의 파장에 대한 간섭광을 회절시킴으로써, 2차원 촬상 센서(58)는, 간섭광과 측정광 사이의 광로 길이 차이를 주파수 차이로 변환함으로써 얻어진 분광 신호를 검출한다. 주파수 도메인으로부터의 신호를 실제 공간 도메인으로 변환하기 위해서 이어서 실수 부분(real part)(도 2의 2B)을 추출하기 위해서, 프로세서(400)가 분광 신호에 대해서 푸리에 변환을 실시한다. 도 2의 2B에서, 가로 좌표는 기판의 높이 방향(Z-축 방향)에 대응하는 계측 값을 나타내고, 세로 좌표는 2차원 촬상 센서(58)로부터의 광 강도 출력을 나타낸다. 가간섭 길이의 범위 내의 광로 길이 차이(Z0)가 간섭광과 측정광 사이에 존재할 때, 백색광 간섭 신호가 가로 좌표를 따라서 Z 방향으로 Z = 0 및 Z = ±Z0 의 위치에서 나타난다. 최대 피크 위치들 사이의 간격은 간섭광과 측정광 사이의 광로 길이 차이에 상당한다. 피크 위치(Z = Z0)를 검출하는 것에 의해서, 기판(3)의 표면 높이 정보가 취득된다(분광 방법).
도 2에서, 2C는 Z = Z0 의 위치에서 백색광 간섭 신호의 추출을 도시하는 그래프이고, 그리고 이러한 그래프는 또한 인터페로그램(interferogram)으로 지칭된다. 백색광 간섭 신호의 신호 피크의 위치가 산출되고, 그리고 Z 방향을 따른 대응하는 계측 값은 픽셀에서 높이 계측 값으로서 제공된다. 신호 피크 위치 산출에서, 곡선에 대한 근사(approximation)(예를 들어, 이차 함수)가 신호 피크 위치와 몇몇 선행 및 후행 지점에서의 데이터에 기초하여 실시된다. 이는, 도 2의 2C에서 가로 좌표로서 제공되는 Z-축을 따른 샘플링 피치(Zp)의 1/10 이하의 분해로 피크 위치를 산출할 수 있게 한다. 피크 위치의 검출 방법으로서, 미국 특허 제5,398,113호에서 개시된 주지의 기술인 FDA(주파수 도메인 해석)가 또한 이용될 수 있다. FDA 방법에서, 백색광 간섭 신호의 피크 위치가 푸리에 스펙트럼의 위상 구배를 이용하는 것에 의해서 얻어진다. 백색광 간섭계를 이용하는 계측에서, 분해를 결정하기 위한 핵심은, 백색광 간섭 신호의 피크 위치를 어떻게 정밀하게 획득하는가 이다. 그에 따라, FDA 방법에 부가하여, 위상 교차 방법과, 및 위상 시프트 방법 또는 푸리에 변환 방법에 의해서 백색광 간섭 프린지(fringe)의 포락선(envelope)를 획득하고, 프린지 콘트라스트의 최대 위치로부터 피크 위치를 획득하는 방법을 포함하는 몇몇 프린지 해석 방법이 공지된 기술로서 제시되어 있다. 이들 방법은 제1 실시예에 적용될 수 있다.
이러한 방식으로, 프로세서(400)는, 도 1의 기판(3)의 X 방향에 대응하는 2차원 촬상 센서(58) 상의 분광 신호를 처리하고, 기판의 Y 방향의 주어진 위치에서 X 방향으로 연장하는 슬릿 상의 높이 정보를 동시에 획득할 수 있다. 스테이지(도시되지 않음)에 의해서 Y 방향으로 등속으로 기판(3)을 스캐닝함으로써, 프로세서(400)는, 2차원 촬상 센서(58)의 프레임 레이트(rate)에 의해서 결정되는 계측 피치로 Y 방향을 따라 기판(3)의 표면 형상을 계측할 수 있다. X 방향을 따라 동시에 계측가능한 영역이, 렌즈(13b)의 결상 배율 및 2차원 촬상 센서(58)의 크기에 의해서 결정된다. 기판(3)이 피검물로서 제공되는 기판(3)의 크기에 따라서 X 스테이지(도시되지 않음)에 의해서 X 방향으로 검출 영역의 양만큼 스텝핑되고, 이어서 기판(3)이 Y 방향으로 스캐닝된다. 이러한 동작을 반복함으로써, 프로세서(400)가 기판(3)의 전체 표면에 대한 높이 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 특징인, 공간 가간섭과 개구 조리개(100) 사이의 관계를 설명할 것이다. 먼저, 공간 가간섭의 감소를 설명할 것이다. 도 3은 개구 조리개(100)의 개구수와 공간 가간섭 사이의 관계를 도시한 도면이다. 도 3에서, 광원(1)에 의해서 방출되는 광이 렌즈(13a)를 통해서 기판(3) 및 참조면(4) 상으로 투영되고, 그리고 렌즈(13b)를 통해서 2차원 촬상 센서(58) 상에서, 기판(3) 상의 상 및 참조면(4) 상의 상을 형성한다. 기판(3)이 Z 방향으로 dz만큼 변위될 때, 2차원 촬상 센서(58) 상의 참조광에 대한 측정광의 변위량(Z1)은 이하에 의해서 주어질 수 있다:
Figure pat00001
여기에서, θin 은 기판(3) 상의 입사각이다. 설명 편의를 위해서, 결상 광학계(13a 및 13b)의 결상 배율은 1이다. 도 3에서의 측정광에 대해서, 주 광선(principal ray)만을 도시하였다.
저 가간섭 광원(1)이 점 광원의 세트로서 간주될 수 있다. 하나의 점 광원에 의해서 방출되는 광이 참조광 및 측정광으로 분할되고, 그리고 이들 점상이 서로 중첩될 때에만, 광의 간섭이 발생된다. 렌즈(13b)의 결상 위치에서의 점상 강도 분포 I(r)이 개구 조리개의 원형 개구의 프라운호퍼(Fraunhofer)의 회절의 강도 분포이다. NA를 개구 조리개(100)의 개구수라 하면, 강도 분포 I(r)은 이하에 의해서 주어질 수 있다:
Figure pat00002
여기에서 r은 상면 상의 반경이고, λ는 파장이고, 그리고 J1 은 제1 종류의 1차 베젤(Bessel) 함수이다. 식 (1)은 피크 강도를 1로 정규화하는 식이다. 또한, 회절상의 강도가 최초로 0이 되는 r의 값(r0)이 이하에 의해서 주어진다:
Figure pat00003
식 (3)은 에어리(Airy) 디스크(에어리 상)의 반경을 나타낸다. 만약 참조광에 대한 측정광의 변위량(Z1)이 에어리 디스크의 직경을 초과하면, 참조 광 및 측정광의 점상이 서로 중첩되지 않고, 그리고 광의 간섭이 일어나지 않는다. 간섭이 발생되는 조건식이 식 (1) 및 (3)을 이용하는 것에 의해서 다음과 같이 주어진다:
Figure pat00004
식 (4)는 간섭이 발생하는 조건이다. 그러나, 이러한 범위 내에서도, 참조광에 대한 빔 단면 상의 측정광의 위치 시프트가 높이의 방향을 따른 기판(3)의 변위와 함께 발생되어, 공간 가간섭을 감소시킨다. 공간 가간섭의 감소는 낮은 신호 콘트라스트 및 낮은 신호의 S/N 비율을 초래한다. 이를 고려하여, 조건식으로서 식 (5)가 이용될 수도 있고, 상기 조건식에서 참조광에 대한 빔 단면 상의 측정광의 위치 시프트는 에어리 디스크의 반경에 상당한다:
Figure pat00005
경사 입사 간섭계에서, Z 방향을 따른 기판(3)의 위치 변화에 따른 공간 가간섭의 감소를 억제하기 위해서, 식 (4) 또는 (5)를 만족시키는 개구수 NA가 설정될 필요가 있다. 식 (4) 및 (5)에서, 광대역 광을 방출하도록 구성된 광원이 사용될 때, 중심 파장(λc)이 λ =(λ = λc)로 설정된다. 간섭계(200)의 계측 범위가 ±Zr로 설계될 때, Zr이 식 (4) 또는 (5)의 dz로 대입된 식 (4') 또는 (5')를 만족시키도록 개구수 NA가 결정된다:
Figure pat00006
Figure pat00007
도 3은, 공간 가간섭이 낮은 모드(고 NA)와 공간 가간섭이 큰 모드(저 NA) 사이의 점상 강도 분포의 비교를 도시한다. 고 NA의 경우에, 점상 강도 함수의 피크 강도가 비교적 크나, 반경은 작다. 그에 따라, 측정광 및 참조광이 서로 중첩되는 범위가 좁고, 그리고 공간 가간섭이 감소한다. 대조적으로, 저 NA의 경우에, 점상의 흐림량이 크고, 측정광 및 참조광이 서로 중첩되는 범위가 넓다. 그에 따라, 저 NA의 경우에, 공간 가간섭의 감소가 억제될 수 있고, 그리고 넓은 Z 범위(높이 범위)가 얻어진다. 그러나, NA가 작기 때문에, 점상 분포 함수의 피크 강도가 감소되고, 그리고 계측 정밀도가 저하된다. 계측 정밀도가 저 NA에서 저하되는데, 이는 신호 강도가 감소함에 따라 그 계측 정밀도가 2차원 촬상 센서의 암전류 노이즈, 판독 노이즈, 또는 쇼트(shot) 노이즈에 의해서 쉽게 영향을 받기 때문이다.
본 실시예는, 광학계의 빔 단면 상에서 서로에 대해서 수직인 제1 방향 및 제2 방향으로 상이한 공간 가간섭을 부여하는 광학계(공간 가간섭 생성기)를 채택한다. 공간 가간섭 생성기를 이용하는 것에 의해서, 본 실시예는 높이 방향을 따른 피검물(3)의 변위에 따른 공간 가간섭의 감소를 억제하고, 그리고 고 콘트라스트의 고 휘도 간섭 신호를 취득한다. 제1 실시예는 공간 가간섭 생성기로서 개구 조리개(100)를 이용한다. 제1 실시예는, 예를 들어, 빔 단면 상에서 서로에 대해서 수직인 2 방향을 따라 상이한 길이(내경)를 갖는 직사각형 슬릿 개구가 개구 조리개(100)로서 이용되는 경우를 설명할 것이다.
개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향이 피검물(3) 상의 빔 단면과 입사면의 교차선의 방향과 일치되도록, 직사각형 개구를 갖는 개구 조리개(100)의 배향이 설정된다. 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향이 파장 분해의 방향과 일치하도록, 분광 유닛(57)이 배치된다. 경사 입사 간섭계 내의 직사각형 슬릿 개구(100)의 배향이 설명될 것이다.
개구 조리개(100)의 배향을 나타내는, 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향이 설명될 것이다. 도 4는 Y-Z 평면 상에서 도 1의 간섭계(200)의 구성을 도시한다. 입사면은, 기판(3) 상에서의 입사광 및 반사광을 포함하는 평면을 의미하고, 그리고 도 4에서 Y-Z 평면을 나타낸다. 또한, 입사면은 광대역 광, 참조광, 측정광, 및 간섭광의 광로를 포함하는 평면이다. 빔 단면은 빔에 수직인 평면을 의미하고, 그리고 경사 입사 간섭계에서 기판(3) 상의 입사광 및 반사광의 빔 단면들에 대한 상이한 평면들을 나타낸다. 도 4에서, 광원(1)에 의해서 방출된 광이 기판(3) 상으로 입사할 때의 광축 방향이 I1 방향으로서 규정되고, 그리고 광축 방향 및 X 방향에 수직인 방향이 I2 방향으로 규정된다. I2 방향은 Y-Z 평면 상의 Y 방향으로부터 입사 각도(θin)만큼 회전된 방향에 상당한다. 광원(1)에 의해서 방출된 광이 기판(3) 상으로 입사될 때, 빔 단면이 I2 방향 및 X 방향에 의해서 규정된 I2-X 평면으로서 제공된다. 그에 따라, 입사면(Y-Z 평면)과 빔 단면(I2-X평면)의 교차선의 방향(제2 방향)이 I2 방향을 의미한다. 이는, 기판(3)에 의해서 반사된 광이 분광기(50)로 안내되는 경우에도 적용된다. 광축 방향이 I1' 방향으로 규정되고, 광축 방향 및 X 방향에 수직인 방향이 I2'로 규정된다. 이어서, I2' 방향은 Y-Z 평면 상에서 Y 방향으로부터 입사 각도만큼 회전된 방향(180°- θin)에 상당한다. 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향은, Y-Z 평면 및 I2'-X 평면의 교차선의 방향으로서 제공되는 I2' 방향을 의미한다.
이어서, 개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향, 및 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향) 사이의 관계를 설명할 것이다. 도 4의 간섭계(200)에서, 기판(3)의 위치가 높이 방향(Z 방향)으로 시프트될 때, 수직 시프트가, 빔 스플리터(2b)에 의해서 중첩되는 참조광과 측정광 사이의 I2' 방향으로 생성되고, 그에 따라 공간 가간섭이 감소된다. 개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향이 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향)과 일치되었을 때, 빔 스플리터(2b)에 의해서 중첩되는 참조광과 측정광의 상의 흐림량이 I2' 방향으로 증가되어, 2개의 상이 서로 중첩하는 면적을 증가시킨다. 이는, 높이 방향을 따른 기판(3)의 변위에 따른 공간 가간섭의 감소를 억제시킨다. 개구 조리개(100)의 직사각형 개구의 장측 방향이 방향, 즉 빔 단면 상의 개구의 단측 방향에 수직인 X 방향(제1 방향)에 평행하다. 높이 방향의 기판(3)의 변위에 따른 참조광과 측정광 사이의 상 시프트는 X 방향으로 발생하지 않기 때문에, 낮은 공간 가간섭이 문제가 되지 않는다. 개구 조리개(100)의 개구의 장측 방향이 X 방향에 평행하도록 설정될 때, 넓은 범위의 빔이 큰 개구수로 인해서 캡쳐될 수 있다. 즉, 2차원 촬상 센서(58)가 큰 신호 강도의 간섭광을 수광할 수 있다. 그에 따라, 개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향을 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향)에 평행하게 설정함으로써, 2차원 촬상 센서(58)가 고 콘트라스트의 고 휘도의 간섭 신호를 취득할 수 있다.
대조적으로, 개구 조리개(100)의 개구의 장측 방향이 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2)에 평행하도록 설정될 때, 빔 스플리터(2b)에 의해서 중첩되는 참조광과 측정광의 상의 흐림량이 I2' 방향보다 X 방향으로 더 커지기 시작한다. I2' 방향을 따른 참조광과 측정광의 상의 흐림량이 작고 그리고 이들 상이 서로 중첩하는 면적이 작기 때문에, 공간 가간섭이 높이의 방향을 따른 기판(3)의 변위에 따라 감소된다. 또한, 만약 개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향이, 참조광 및 측정광 사이의 수직 시프트가 발생하지 않는 X 방향과 일치하게 되면, 개구수 및 신호 강도가 감소된다. 그에 따라, 만약 개구 조리개(100)의 개구의 장측 방향이 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향)과 일치되게 되면, 고 콘트라스트의 간섭 신호가 취득될 수 없다.
이로부터, 개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향이 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향)과 일치되게 된다. 공간 가간섭 감소를 억제하면서, 개구 조리개의 배치에 수반하는 신호 강도의 감소가 억제되고, 그리고 고-정밀 계측이 실시될 수 있다. 개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향에 대해서, 식 (4) 또는 (5)를 만족시키는 개구수를 설정하는 것이 바람직하다.
다음에, 분광 유닛(57) 내의 파장 분해의 방향과 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향) 사이의 관계를 설명할 것이다. 경사 입사 간섭계에서, 분광 유닛(57) 내의 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향이 파장 분해의 방향과 일치되는 경우, 분광 유닛(57)의 공간 분해의 방향이 기판(3)의 입사면에 수직인 방향(X 방향)과 일치된다. 공간 분해의 방향과 관련하여, 기판(3)의 상이 2차원 촬상 센서(58)의 수광 표면 상에 포커싱될 수 있다. 기판(3)의 입사면에 수직인 방향(X 방향)을 따른 각각의 영역 내의 높이 방향(Z 방향)을 따른 위치가 2차원 촬상 센서(58)에 의해서 취득된 분광 신호로부터 얻어진다.
대조적으로, 분광 유닛(57) 내에서 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향이 공간 분해의 방향과 일치되는 경우, 2차원 촬상 센서(58)의 표면 상의 기판(3)의 상이, 경사 입사의 원리로 인해서, 공간 분해의 방향으로 분광 유닛(57)의 상면 전체에서 포커싱될 수 없다. 분광 유닛(57) 내에서 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향을 공간 분해의 방향과 일치시켜서 고정밀 계측을 실시하기 위해서는, 광휘-방지(shine-proof) 조건을 충족시키는 광휘-방지 광학계를 이용함으로써, 상면 전체에서 포커싱을 조정할 필요가 있다. 그러나, 광휘-방지 광학계의 적용은, 광학계의 구성이 복잡해지고 광학계가 진동 등의 외란에 의해서 영향을 받기 쉽다고 하는 단점을 갖는다. 경사 입사 간섭계에서 고정밀 계측을 실시하기 위해서, 분광 유닛(57) 내의 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향은 파장 분해의 방향과 일치시킨다. 직사각형 개구를 갖는 개구 조리개(100)의 배향과 관련하여, 개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향이 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향)과 일치되도록, 그리고 분광 유닛(57) 내의 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2' 방향)이 파장 분해의 방향과 일치되도록, 개구 조리개(100)가 배치된다.
이어서, 제1 실시예에 따른 광학계 내의 개구 조리개(100)의 설치 위치를 설명할 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 개구 조리개(100)는, 기판(3) 및 참조면(4)을 광원(1)에 의해서 방출된 광으로 조명하는 조명 광학계의 동공 위치에 또는 그 근방에 배치될 수 있다. 개구 조리개(100)는 수광 광학계의 동공 위치 근방에 배치될 수도 있다. 그러나, 개구 조리개(100)가 수광 광학계의 동공 위치 근방에 배치될 때, 기판(3)과 참조면(4)의 틸트(tilt)로부터 발생되는 측정광 및 참조광의 빔들 사이의 각도 시프트로 인해서, 개구 조리개(100)가 종종 측정광 및 참조광의 빔의 일부를 차광한다. 이러한 경우에, 2차원 촬상 센서(58)에 의해서 수광되는 간섭광의 신호 강도가 감소되고, 그리고 2차원 촬상 센서(58)의 암전류 노이즈, 판독 노이즈, 또는 쇼트 노이즈의 영향으로 계측 정밀도가 저하된다. 이를 방지하기 위해서, 제1 실시예에서, 개구 조리개(100)가 조명 광학계의 동공 위치 근방에 배치된다. 기판(3)과 참조면(4)의 틸트로부터 발생되는 측정광 및 참조광의 빔들 사이의 각도 시프트에 의한 신호 강도의 감소가 무시할 수 있을 정도로 작을 때, 각각 기판(3) 및 참조면(4)으로부터 이동하는 측정광 및 참조광을 분광기(50)로 안내하는 수광 광학계의 동공 위치 근방에 개구 조리개(100)가 배치될 수 있다.
다음에, 제1 실시예의 직사각형 개구 조리개(100)의 영향을 설명할 것이다. 도 5는, 기판(3)이 높이 방향으로 변위될 때 분광기(50) 상으로 입사하는 참조광 및 측정광의 상을 도시하는 개략도이다. 도 5에서, 5A는 개구 조리개가 배치되지 않은 경우를 도시하고, 5B는 원형 개구를 갖는 개구 조리개가 배치된 경우를 도시하고, 그리고 5C는 직사각형 개구를 갖는 개구 조리개가 배치된 경우를 도시한다. 분광기(50)의 수광 영역이, 상기 수광 영역이 높이의 방향을 다른 기판(3)의 변위에 의해서 영향을 받지 않는 참조광의 중심 위치 근방에 설정된다. 기판(3)이 높이 방향으로 변위될 때, 참조광 및 측정광 사이의 수직 시프트가 분광 유닛(57) 내의 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2' 방향)으로 발생되고, 그에 의해서 공간 가간섭을 감소시킨다. 도 5의 5A에서, 수직 시프트로 인해서 참조광 및 측정광이 서로 중첩되지 않고, 그리고 서로 간섭하지 않는다. 원형 개구를 갖는 개구 조리개가 배치된 5B에서, 점상의 흐림량이 증가되어 참조광 및 측정광 사이의 공간 가간섭의 감소를 억제하나, 작은 개구수로 인해서 신호 강도가 감소된다. 계측 정밀도는 2차원 촬상 센서(58)의 암전류 노이즈, 판독 노이즈, 또는 쇼트 노이즈에 의해서 쉽게 영향을 받게 되고, 계측 정밀도가 저하된다. 직사각형 개구를 갖는 개구 조리개가 이용되는 5C에서, 점상의 흐림량은, 참조광 및 측정광 사이의 수직 시프트가 발생되는 I2' 만을 따라서 증가된다. 신호 강도의 감소를 억제하는 한편, 공간 가간섭의 감소가 또한 억제된다. 따라서, 고 콘트라스트의 간섭 신호가 취득될 수 있다.
본 발명은 높이 방향을 따른 기판(3)의 변위에 따른 공간 가간섭 감소를 억제하고 그리고 고 콘트라스트 간섭 신호를 취득하는 것을 목적으로 한다. 제1 실시예에서 설명한, 개구 조리개(100)의 개구의 단측 방향과 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향 사이의 관계, 및 분광 유닛(57) 내의 파장 분해의 방향과 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향 사이의 관계와 관련하여, 충분한 큰 계측 정밀도가 얻어지면, 이들 방향이 항상 서로 일치될 필요는 없다. 즉, 광축 방향에 대한 각도 시프트 또는 빔 단면 상의 회전 시프트가 약간 발생하는 경우에도, 계측이 실시될 수 있다. 도 6에서, 6A 내지 6C는, 빔 단면 상의 회전 시프트가 개구 조리개(100) 내에서 발생되는 경우의 개략도이다. 도 6에서, 6D 내지 6F는 I1-I2 평면 상에서 광축 방향을 따른 각도 시프트가 발생되는 경우의 개략도이다. 회전 시프트(dθ)가 빔 단면 상에서 발생될 때, I2 방향 및 X 방향을 따른 유효 개구수가 dθ의 크기에 따라서 변화된다. 즉, dθ가 I2 방향으로부터의 회전 시프트라고 한다면, dAX > dBX > dCX 가 X 방향을 따라서 만족되고, 그리고 dA12 < dB12 < dC12 의 관계가 I2 방향을 따라서 만족된다. dθ가 증가함에 따라, I2 방향을 따른 개구수가 증가되고 그리고 X 방향을 따른 개구수가 감소된다. 도 6에서, dθ가 ±45°이상일 때, X 방향을 따른 개구 조리개(100)의 개구수가 I2 방향을 따른 개구수보다 적어진다. 이때, 개구 조리개(100)의 장측 방향은 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향)에 상당한다. 고 콘트라스트 간섭 신호가 취득될 수 없고, 계측 정밀도가 저하된다. 따라서, 요청되는 계측 정밀도 및 신호 강도가 충족되기만 한다면, 빔 단면 상의 개구 조리개(100)의 회전 시프트(dθ)가 허용된다.
이어서, 도 6의 6D 내지 6F를 참조하여, 광축 방향에 대한 개구 조리개(100)의 각도 시프트를 설명할 것이다. 도 6에서, 6D 내지 6F는 I1-I2 평면 상에서의 각도 시프트(dφ)가 발생되는 경우의 개략도이다. 광축 방향에 대한 입사면 상의 각도 시프트(dφ)가 증가됨에 따라, I2 방향을 따른 유효 개구수가 감소된다(dDI1 < dEI1 < dFI1). 만약 개구 조리개(100) 내의 입사면과 빔 단면의 교차선의 방향(I2 방향)을 따른 개구수가 식 (4) 또는 (5)를 충족시키는 개구수보다 적어지면, 신호 강도 및 간섭 신호의 콘트라스트가 감소된다. 이러한 이유로, 요청된 계측 정밀도 및 신호 강도가 충족되기만 한다면, 광축 방향에 대한 입사면 상의 각도 시프트(dφ)가 허용된다. 광축 방향에 대한 입사면 상의 각도 시프트가 설명되었다는 점에 유의한다. 이는, 입사면 이외의 표면(도시되지 않음)에 대해서도 적용된다.
분광기(50)와 관련하여, 빔 단면 상의 회전 시프트 및 광축 방향에 대한 각도 시프트가 발생되는 것으로 간주된다. 이러한 경우에, 기판(3) 상의 계측 영역에 대한 계측 정밀도가 저하된다. 그에 따라, 요청된 계측 정밀도 및 신호 강도가 충족되기만 한다면, 빔 단면 상의 분광기(50)의 회전 시프트 및 광축 방향에 대한 각도 시프트가 허용된다. 이제까지 제1 실시예는 개구 조리개(100)가 직사각형 슬릿 개구를 이용하는 경우를 설명하였다. 그러나, 개구 조리개(100)의 형상은 이에 제한되지 않으며, 예를 들어 타원형 개구도 이용될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 광학계의 빔 단면 상에서 서로 수직인 2 방향을 따라 상이한 개구수를 갖는 개구 조리개(100)가 배치된다. 신호 강도의 감소를 억제하는 한편, 공간 가간섭의 감소가 억제되고, 그리고 고 콘트라스트의 고 휘도 간섭 신호가 취득될 수 있다. 이에 따라, 피검물(3)의 표면 형상이 높은 정밀도로 계측될 수 있다. 제1 실시예는 고 콘트라스트의 고 휘도의 간섭 신호를 취득할 수 있는 간섭계, 및 피검물의 표면 형상을 정밀하게 계측할 수 있는 간섭계를 제공할 수 있다.
[제2 실시예]
도 7은 제2 실시예의 간섭계(200)의 구성을 도시하는 개략도이다. 제2 실시예는, 원통형 렌즈(101)가 공간 가간섭 생성기로서 이용되는 경우를 설명할 것이다. 간섭계(200)는 높이 방향(Z 방향)을 따라 피검물로서 제공되는 기판(웨이퍼)(3)의 위치를 계측한다. 간섭계(200)는 백색광을 방출하는 광원(1), 집광기(condenser) 렌즈(11), 전송 슬릿 플레이트(30), 빔 스플리터(2a 및 2b), 참조면(4), 렌즈(12), 원통형 렌즈(101), 분광기(50), 2차원 촬상 센서(58), 및 프로세서(400)를 포함한다. 렌즈(12)가 도 7에 도시된 3개의 렌즈(12a, 12b, 및 12c)를 나타낸다는 점에 유의한다.
각각의 구성 요소의 기능을 이하에서 설명할 것이다. 광원(1)에 의해서 방출되는 광이 집광기 렌즈(11)에 의해서 집광되고, 전송 슬릿 플레이트(30) 및 렌즈(12a 및 12b)에 의해서 구성된 결상 광학계(22)를 통과하고, 그리고 빔 스플리터(2a)에 의해서 분기된다(branched). 분기된 빔이 기판(3) 및 참조면(4) 상으로 각각 입사된다. 기판(3)에 의해서 반사된 측정광 및 참조면(4)에 의해서 반사된 참조광이 빔 스플리터(2b)에 의해서 중첩된다. 중첩된 광이 렌즈(12c) 및 원통형 렌즈(101)를 통과하고, 분광기(50)로 안내된다. 분광기(50)는 입사 슬릿(56)과, 분광 유닛(57)(예를 들어, 회절 격자)과, 결상 광학계(16)(미러 광학계)에 의해 구성된다. 분광기(50)는 원통형 렌즈(101) 및 입사 슬릿(56)을 통과한 광이 회절 격자(57) 상으로 입사되도록 한다. 회절 격자(57)는 입사 슬릿(56)의 단측 방향을 따라서 각각의 파장에 대해서 간섭광을 한차례 회절시켜, 공간 분해 방향을 따른 스프레드 및 파장 분해의 방향을 따른 스프레드를 갖는 분광 신호를 획득한다. 2차원 촬상 센서(58)는 1차원 정보 및 파장 정보로서 분광 신호를 수신한다.
제1 실시예의 설명 내용이 제2 실시예의 광원(1), 빔 스플리터(2a 및 2b), 측정광 및 참조광의 입사 각도, 및 2차원 촬상 센서(58)에 직접적으로 적용될 수 있고, 그에 대한 설명을 반복하지 않을 것이다. 제2 실시예에서, 결상 광학계(22)가, 기판(3) 및 참조면(4) 상에서, 전송 슬릿 플레이트(30)를 통과한 슬릿 상을 형성한다. 제2 실시예에서, 전송 슬릿 플레이트(30)가 설치되는데, 이는 그러한 전송 슬릿 플레이트(30)가, 광량을 보장하는 것, 이탈(stray) 광을 차단하는 것, 그리고 계측 범위를 규정하는 것에 의해서, 높은 정밀도의 표면 위치 계측을 가능하게 하기 때문이다. 기판(3)은, 슬릿 상(예를 들어, 직사각형, 원호형, 또는 육각형 조명 영역)으로서, 전송 슬릿 플레이트(30)를 통해서 광원(1)에 의해서 방출된 백색광으로 조명된다.
제1 실시예의 설명 내용이, 2차원 촬상 센서(58)에 의해서 수신된 분광 신호를 처리하는 것에 의해서 기판(3)의 형상을 획득하는 프로세서(400)에 직접적으로 적용될 수 있고, 그 설명을 반복하지 않을 것이다. 제2 실시예에서, 광학계의 빔 단면 상에서 서로 수직인 제1 및 제2 방향을 따라 상이한 굴절력을 갖는 광학 부재를 이용하는 것에 의해서, 높이 방향을 따른 피검물(3)의 위치 시프트에 따른 공간 가간섭의 감소가 억제되어 고 콘트라스트의 고 휘도 간섭 신호가 획득된다. 제2 실시예는, 공간 가간섭 생성기로서, 원통형 렌즈(101)가 빔 단면 상에서 서로 수직인 2개의 방향을 따라 굴절력을 갖는 방향, 및 굴절력을 갖지 않는 방향을 갖는 원통형 렌즈(101)를 채택한다.
분광 유닛(57) 내에서 원통형 렌즈(101)가 굴절력을 갖지 않는 방향이 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향과 일치되도록, 그리고 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향이 파장 분해의 방향과 일치되도록, 원통형 렌즈(101)가 배치된다. 원통형 렌즈(101)가 이용될 때의 배치를 설명할 것이다. 분광 유닛(57) 내의 파장 분해의 방향과, 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향 사이의 관계와 관련하여, 이들 방향이 제1 실시예에서 설명된 이유로 서로 일치된다.
우선, 원통형 렌즈(101)의 배향을 나타내는 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향을 설명할 것이다. 입사면은 입사광 및 반사광을 포함하는 평면을 의미하고, 그리고 도 7에서 Y-Z 평면을 나타낸다. 빔 단면은 빔에 수직인 평면을 의미하고, 그리고 경사 입사 간섭계 내의 기판(3) 상의 입사광 및 반사광의 빔 단면들에 대해서 상이한 평면들을 나타낸다. 도 7에서, 기판(3)에 의해서 반사된 후에 분광기(50)로 안내되는 광의 광축 방향이 I1' 방향으로 규정된다. 광축 및 X 방향에 수직한 방향이 I2' 방향으로서 규정된다. I2' 방향은 Y-Z 평면 상의 Y 방향으로부터 입사 각도(180°- θin) 만큼 회전된 방향에 상당한다. 그에 따라, 빔 단면은 I2' 방향 및 X 방향에 의해서 규정된 I2'-X 평면을 나타낸다. 따라서, 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향이 Y-Z 평면 및 I2'-X 평면의 교차선의 방향이고, 그리고 I2' 방향을 의미한다.
경사 입사 간섭계에서, 참조광과 측정광 사이의 수직 시프트가 높이 방향을 따른 기판(3)의 변위에 따라서 I1'-I2' 평면 상에서 발생된다. 그에 따라, 참조광에 대한 각도 시프트가 원통형 렌즈(101) 상으로 입사하는 측정광에서 발생된다. 도 8은, 원통형 렌즈(101)가 굴절력을 갖지 않는 방향이 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향(I2' 방향)과 일치할 때, I1'-I2' 평면 및 X-I1' 평면 상의 원통형 렌즈(101), 분광기(50), 및 2차원 촬상 센서(58)의 구성을 나타낸다. 이러한 경우에, 기판(3) 및 참조면(4)은 I1'-I2' 평면 상의 입사 슬릿(56) 상에서 결상되지 않고, 그리고 흐려진 점상이 형성된다. 결과적으로, 참조광과 측정광이 서로 중첩되는 면적이 증가되고, 그리고 Z 방향을 따른 기판(3)의 변위에 따른 공간 가간섭의 감소가 억제될 수 있다. 만약 원통형 렌즈(101)가 굴절력을 갖는 방향이 X 방향과 일치된다면, 기판(3) 상에 형성된 슬릿 상이 X-I1' 평면 상에서 렌즈(12c) 및 원통형 렌즈(101)를 통해서 입사 슬릿(56) 상에 형성된다. X-I1' 평면 상에서, 기판(3)이 Z 방향으로 변위되는 경우에도, 참조광과 측정광 사이의 수직 시프트가 발생하지 않는다. 그에 따라, 큰 공간 가간섭을 갖는 간섭광이, 기판(3) 및 입사 슬릿(56)이 결상 관계를 갖는 상태로 수광될 수 있다. 원통형 렌즈(101)가 굴절력을 갖지 않는 방향이 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향(I2' 방향)과 일치될 때, 고 콘트라스트의 고 휘도 간섭 신호가 취득될 수 있다.
대조적으로, 원통형 렌즈(101)가 굴절력을 갖는 방향이 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향(I2' 방향)과 일치될 때, 빔 스플리터(2b)에 의해서 중첩된 참조광과 측정광이, 점상이 흐려지는 상태에서 X-I1' 평면 상으로 입사된다. X-I1' 평면 상에서, 참조광과 측정광 사이의 수직 시프트가 발생하지 않고, 그에 따라 신호 강도가 감소하는 한편 공간 가간섭이 변화되지 않고 유지된다. 참조광과 측정광 사이의 수직 시프트가 일어나는 I1'-I2' 평면 상에서, 기판(3) 및 입사 슬릿(56)이 결상 관계를 갖고, 그리고 높이 방향을 따른 기판(3)의 변위에 따라 공간 가간섭이 감소된다. 이러한 이유로, 만약 원통형 렌즈(101)가 굴절력을 갖는 방향이 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향(I2' 방향)과 일치된다면, 고 콘트라스트의 고 휘도 간섭 신호가 취득될 수 없다.
원통형 렌즈(101)가 굴절력을 갖지 않는 방향을 입사면 및 빔 단면의 교차선의 방향과 일치시킴으로써, 공간 가간섭의 감소가 억제되어, 경사 입사 간섭계의 고정밀 계측을 실시할 수 있게 한다. 본 실시예에 따른 광학계가 원통형 렌즈(101)를 이용하고, 그리고 기판(3) 및 참조면(4)은 측정광의 수직 시프트가 일어나는 방향으로 입사 슬릿(56) 및 2차원 촬상 센서(58) 상에서 결상되지 않는다. 중첩 면적이 증가되어 공간 가간섭의 감소를 억제시킨다.
본 실시예에서, 원통형 렌즈(101)는 도 7에 도시된 바와 같이 수광 광학계 내에 정렬된다. 그러나, 원통형 렌즈(101)는, 렌즈(12b)가 도 7의 조명 광학계 내에 배치되는 위치에도 배치될 수 있다. 이러한 경우에, 참조면(4) 및 기판(3) 상의 전송 슬릿 플레이트(30)의 슬릿 상이 참조광 및 측정광의 상 시프트 방향으로 형성되지 않는다. 상 시프트 방향을 따른 참조광과 측정광이 반사된 후에, 참조광과 측정광이 수광 광학계의 렌즈(12c)에 도달할 때까지, 참조광과 측정광의 빔 직경이 증가한다. 넓어진 빔에 대응하는 큰 수광 광학계(예를 들어, 렌즈(12c))가 배치될 필요가 있다. 그에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 수광 광학계 내에 원통형 렌즈(101)를 배치하는 것에 의해서, 간섭계의 크기가 소형화될 수 있다. 본 실시예는, 원통형 렌즈(101)가 굴절력을 갖는 광학 부재로서 이용되는 경우를 설명하였다. 그러나, 굴절력을 갖는 광학 부재의 형태가 이에 제한되는 것은 아니다. 원통형 렌즈에 더하여, 예를 들어, 토릭(toric) 렌즈가 이용될 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 빔 단면 상에서 서로 수직인 제1 및 제2 방향을 따라 상이한 굴절력을 갖는 광학 부재가 공간 가간섭의 감소를 억제하도록 배치된다. 결과적으로, 고 콘트라스트의 고 휘도 간섭 신호가 간섭 계측에서 취득될 수 있다. 이에 따라, 피검물의 표면 형상이 고정밀도로 계측될 수 있다. 제2 실시예는 고 콘트라스트의 고 휘도 간섭 신호를 취득할 수 있고 피검물의 표면 형상을 정밀 계측할 수 있는 간섭계를 제공할 수 있다.
[제3 실시예]
막 두께를 계측하는 간섭계를 본 발명의 제3 실시예로서 설명할 것이다. 제1 실시예는 웨이퍼의 표면 형상(높이)을 계측하는 간섭계를 예시한다. 제3 실시예는, 웨이퍼 상에 형성된 반투명막의 막 두께를 계측하는 간섭계를 설명할 것이다. 도 9a는, 피검물로서, Si 기판 상에 SiO2 막(1.5 mm)을 형성함으로써 얻어지는 웨이퍼의 구조의 예를 도시한다. 제3 실시예에서의 장치의 구성으로서, 제1 또는 제2 실시예에서 설명된 간섭계(200)가 직접적으로 적용되고, 그에 대한 설명을 반복하지는 않을 것이다.
도 9b는, 피검물이 Si 기판 상에 SiO2 막(1.5 mm)을 형성하는 것에 의해서 획득되는 샘플일 때 취득되는 분광 신호의 예를 도시한다. 도 9c는 도 9b에 도시된 분광 신호에 대해 도 2에 도시된 신호 처리를 실시함으로써 취득되는 백색광 간섭 신호를 도시한다. 도 9c의 백색광 간섭 신호는 2개의 피크(T' 및 B')를 갖는다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 이들 피크 위치는, SiO2 표면에 의해서 반사된 광(T) 및 참조광의 광로 길이 차이들이 서로 일치하는 Z 위치(T'), 및 SiO2 와 Si 기판 사이의 계면에서 반사된 광(B) 및 참조광의 광로 길이 차이들이 서로 일치하는 Z 위치(B')에 대응한다. n을 SiO2의 굴절률이라 하고 d를 막 두께라 하면, 반사된 광(T)과 반사된 광(B) 사이의 광로 길이 차이가 2ndcosθ로 표현된다. θ를 공기/SiO2 계면에서의 굴절각이라 하고, 그리고 θin을 입사 각도라 하면, 스넬의 법칙에 기초하여 아래와 같이 식 (6)의 관계가 성립된다:
Figure pat00008
대조적으로, 웨이퍼(3)의 변위에 따른 광로 길이 차이는 2(B'-T')cosθin 이 된다. 2개의 광로 길이 차이가 서로 동일한 관계로부터 막 두께 d가 이하에 의해서 주어진다:
Figure pat00009
제1 실시예에서 설명된 바와 같이, 2차 함수에 기초하는 피팅(fitting) 등의 방법을 이용하는 것에 의해, 고 정밀도로 위치(B' 및 T')를 획득할 수 있다. Y 방향을 따른 기판 스테이지(WS)의 등속 스캐닝에 의해서, 웨이퍼(3) 상의 반투명 기판의 막 두께가 계측될 수 있고, 그리고 웨이퍼 표면 상의 막 두께 분포 등이 계측될 수 있다.
또한, 제3 실시예에서 막 두께를 계측하는 간섭계가 경사 입사 백색광 간섭계를 이용할 수 있다. 수직 입사(입사 각도 θ = 90°)의 경우에, 반투명막의 상부 표면 위치를 계측하는 것이 어려운데, 이는 반투명막의 상부 표면 상에서의 광의 반사율이 약 몇 % 정도로 낮기 때문이다. 반투명막의 상부 표면에 의해서 반사된 광의 강도가, 입사 각도 증가에 따라, 상대적으로 증가된다. 이러한 특징에서, 반투명막의 상부 표면에 대한 입사 각도를 증가시키는 것에 의해서 광의 굴절률을 증가시키고, 반투명막의 상부 및 하부 표면의 위치로부터 막 두께를 획득하는 것이 바람직하다.
[제4 실시예]
도 10은, 본 발명에 따라 표면 형상을 계측하는 간섭계(200)를 포함하는 노광 장치를 도시한 블록도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 노광 장치는 광원 유닛(800), 레티클(31)이 상부에 배치되는 레티클 스테이지(RS), 투영 광학계(32), 웨이퍼(기판)(3)를 유지하는 웨이퍼 스테이지(WS), 및 상기 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 배치된 참조 플레이트(39)를 포함한다. 또한, 상기 노광 장치는 표면 형상을 계측하는 간섭계(200)를 포함한다. 상기 제1 또는 제2 실시예가 간섭계(200)에 적용될 수 있다. 제어 유닛(1100)이 CPU 및 메모리를 포함하고, 광원 유닛(800), 레티클 스테이지(RS), 기판 스테이지로서 제공되는 웨이퍼 스테이지(WS), 및 간섭계(200)에 전기적으로 접속되고, 그리고 노광 장치의 동작을 제어한다. 본 실시예에서, 제어 유닛(1100)은 간섭계(200) 내의 웨이퍼(3)의 표면 위치 계측 값의 연산 및 제어를, 그리고 표면 위치를 검출할 때 계측 값의 보정 연산 및 제어를 실시할 수 있다. 본 발명에 따른 간섭계(200)를 이용하여 노광 장치 이외의 리소그래피 장치, 예를 들어 대전 입자 빔 묘화 장치 또는 임프린트 장치에서 웨이퍼(3)의 표면 형상을 계측하기 위해서 이용될 수 있다는 점에 유의한다.
조명계는 전사해야 할 회로 패턴이 상부에 형성된 레티클(31)을 조명한다. 조명계는 광원 유닛(800) 및 조명 광원계(801)를 포함한다. 광원 유닛(800)은, 예를 들어, 레이저를 이용한다. 레이저는 파장이 약 193 ㎚인 ArF 엑시머 레이저, 또는 파장이 약 248 ㎚인 KrF 엑시머 레이저일 수 있다. 그러나, 광원의 타입은 엑시머 레이저로 제한되지 않는다. 보다 구체적으로, 파장이 약 157 ㎚인 F2 레이저 또는 파장이 20 ㎚ 이하인 EUV(극자외선) 광이 이용될 수 있다.
조명 광학계(801)는, 광원 유닛(800)에 의해서 방출된 빔을 이용하여 피조명 표면을 조명하는 광학계이다. 본 실시예에서, 조명 광학계(801)는 미리 결정된 최적 형상의 노광 슬릿으로 빔을 성형하고, 그리고 레티클(31)을 조명한다. 조명 광학계(801)는 렌즈, 미러, 광학 인티그레이터(integrator), 및 조리개 등을 포함한다. 예를 들어, 집광기 렌즈, 플라이-아이 렌즈, 개구 조리개, 집광기 렌즈, 슬릿, 및 결상 광학계가 기재 순서대로 배치된다.
원판으로서 제공되는 레티클(31)은, 예를 들어 석영으로 제조된다. 피전사 회로 패턴이 레티클(31) 상에 형성되고, 그리고 레티클(31)이 레티클 스테이지(RS)에 의해서 지지 및 구동된다. 레티클(31)로부터 이동하는 회절된 광이 투영 광학계(32)를 통과하고 그리고 웨이퍼(3) 상으로 투영된다. 레티클(31) 및 웨이퍼(3)가 광학적으로 공액인 관계로 배치된다. 레티클(31) 및 웨이퍼(3)가 축소 배율에 대응하는 속도 비율로 스캐닝되고, 그에 의해서 레티클(31)의 패턴을 웨이퍼(3) 상으로 전사한다. 노광 장치가 광 경사 입사 시스템(도시되지 않음)의 레티클 검출기를 포함한다는 점에 유의한다. 레티클 검출기는 레티클(31)의 위치를 검출하고, 그리고 레티클(31)이 미리 결정된 위치에 배치된다.
레티클 스테이지(RS)는 레티클 척(도시되지 않음)을 통해서 레티클(31)을 지지하고, 그리고 이동 메커니즘(도시되지 않음)에 연결된다. 이동 메커니즘은 선형 모터 등에 의해서 구성되고, 그리고 X-축 방향, Y-축 방향, Z-축 방향, 및 각각의 축 주위의 회전 방향으로 레티클 스테이지(RS)를 구동시키는 것에 의해서 레티클(31)을 이동시킬 수 있다.
투영 광학계(32)는, 피검물면으로부터 이동하는 빔을 상면 상에 투영하는 기능을 갖는다. 본 실시예에서, 투영 광학계(32)는, 웨이퍼(3) 상으로, 레티클(31) 상에 형성된 패턴을 통과한 회절된 광을 투영한다. 투영 광학계(32)는 복수의 렌즈 요소에 의해서 구성된 광학계, 복수의 렌즈 요소 및 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 광학계(반사굴절(catadioptric) 광학계), 복수의 렌즈 요소 및 적어도 하나의 키노폼(kinoform) 등의 회절 광학계를 포함하는 광학계, 등을 이용할 수 있다.
처리 대상으로서 제공되는 포토레지스트가 기판으로서 제공되는 웨이퍼(3) 상으로 도포된다. 본 실시예에서, 웨이퍼(3)가 또한, 표면 위치가 간섭계(200)에 의해서 검출되는 피검물이다. 다른 실시예에서, 웨이퍼(3)가 액정 기판 또는 다른 기판으로 대체된다.
웨이퍼 스테이지(WS)는 웨이퍼 척(도시되지 않음)에 의해서 웨이퍼(3)를 지지한다. 레티클 스테이지(RS)와 유사하게, 웨이퍼 스테이지(WS)는 웨이퍼(3)를 X-축 방향, Y-축 방향, Z-축 방향, 및 각각의 축 주위의 회전 방향으로 이동시키기 위해서 선형 모터를 이용한다. 예를 들어, 6-축 레이저 간섭계(81) 등이 레티클 스테이지(RS) 및 웨이퍼 스테이지(WS)의 위치를 모니터링하고, 그리고 레티클 스테이지(RS) 및 웨이퍼 스테이지(WS)가 미리 결정된 속도 비율로 구동된다.
웨이퍼(3)의 표면 위치의 계측 지점(포커스)을 설명할 것이다. 본 실시예에서, 웨이퍼(3)의 전체 영역 내에서 스캐닝 방향(Y 방향)을 따라 웨이퍼 스테이지(WS)를 스캐닝하는 동안, 간섭계(200)가 웨이퍼 표면 위치를 계측하고, 그리고 스테이지(WS)가 스캐닝 방향에 수직한 방향(X-방향)으로 ΔX 만큼 스텝-이동된다. 이어서, 웨이퍼(3)의 표면 위치가 스캐닝 방향으로 계측된다. 이러한 동작을 반복함으로써, 웨이퍼의 전체 표면의 형상 계측이 실시된다. 처리량(throughput) 증가를 위해서, 복수의 간섭계(200)를 이용하여 웨이퍼 상의 상이한 지점의 표면 위치를 동시에 계측할 수 있다. 또한, 웨이퍼 상의 복수의 계측 지점 상으로 빔이 입사하도록 하고, 각각의 빔을 개별 센서로 안내하며, 상이한 위치의 높이 계측 정보의 단편(piece)으로부터 노광되어햐 하는 표면의 틸트를 산출하는 것도 가능하다.
다음에, 상기 구성을 갖는 본 발명의 노광 장치를 이용하는 노광 방법을 구체적으로 설명할 것이다. 도 11은, 본 실시예에 따른 노광 장치가 이용될 때의 노광 방법의 전체적인 시퀀스를 도시하는 흐름도이다. 첫 번째로, 단계 S1에서, 웨이퍼(3)가 장치 내로 반입된다. 단계 S101에서, 웨이퍼 정렬이 웨이퍼(3) 상에서 실시된다. 웨이퍼 정렬에서, 웨이퍼(3)의 X-Y 평면을 노광 장치에 대해서 정렬하기 위해서, 웨이퍼 상의 마크의 위치가 정렬 스코프(도시되지 않음)에 의해서 검출된다. 이어서, 단계 S102에서, 간섭계(200)가 웨이퍼(3) 상의 미리 결정된 부분의 표면 위치를 계측하고, 그리고 웨이퍼(3)의 표면 형상 데이터가 노광 장치 내에 저장된다. 단계 S102에서, 웨이퍼 스테이지(WS)는, 제1 노광 샷이 투영 광학계(32) 아래의 노광 위치에 취치되도록, 웨이퍼(3)를 간섭계(200) 아래의 위치로부터 이동시킨다. 동시에, 노광 장치의 제어 유닛(1100)은 표면 위치 계측 결과로서 웨이퍼(3)의 표면 형상 데이터에 기초하여 제1 노광 샷의 표면 위치 데이터를 생성하고, 그리고 노광 상면으로부터의 시프트량을 산출한다. 단계 S103에서, 노광 상면으로부터의 시프트량에 기초하여 Z 방향 및 틸트 방향으로의 스테이지 구동에 의해서, 거의 각각의 노광 슬릿에 대한 높이 방향으로의 웨이퍼 표면의 위치에 대한 조정 동작이 실시된다.
단계 S104에서, Y 방향을 따른 웨이퍼 스테이지(WS)의 노광 및 스캐닝이 실시된다. 제1 노광 샷을 노광시키는 것의 종료 후에, 노광되지 않은 샷이 존재하는지의 여부가 단계 S105에서 결정된다. 만약 노광되지 않은 샷이 존재하면, 프로세스가 단계 S102로 복귀된다. 제1 노광 샷과 유사하게, 프로세서(400)는 다음 노광 샷의 표면 위치 데이터를 생성한다. Z 방향 및 틸트 방향을 따른 스테이지 구동에 의해서 거의 각각의 노광 슬릿에 대해서 높이 방향으로 웨이퍼 표면의 형상에 대한 조정 작업을 실시하는 동안, 노광이 실시된다. 단계 S105에서, 노광해야 할 샷(즉, 노광되지 않은 샷)이 존재하는지의 여부가 결정된다. 전술한 동작은 모든 샷이 노광될 때까지 반복된다. 모든 노광 샷에 대한 노광의 종료 후에, 단계 S106에서 웨이퍼(3)가 회수되고, 프로세스가 종료된다.
웨이퍼 스테이지(WS)는 단일 스테이지로 제한되지 않으며, 2개의 스테이션, 즉 노광 처리를 실시하는 노광 스테이션 및 웨이퍼(3)의 정렬 및 표면 위치의 계측과 같은 계측 처리를 실시하는 계측 스테이션을 포함하는 소위 트윈-스테이지 구성일 수 있다. 트윈-스테이지 노광 장치에서, 2개의 스테이지가 노광 스테이션과 계측 스테이션 사이에서 교대된다. 이러한 경우에, 간섭계(200)가 계측 스테이션 측부 상에 배치된다.
노광 장치에 의해서 계측 또는 처리해야 할 기판으로서 제공되는 웨이퍼 상에 복잡한 회로 패턴, 스크라이브 라인 등이 존재하기 때문에, 반사율 분포 또는 국부적 틸트의 발생율이 높다. 그에 따라, 반사율 분포 또는 국부적 틸트에 의해서 생성되는 계측 오차를 감소시킬 수 있는 백색광 간섭계를 이용하여 높은 정밀도로 표면 위치를 계측하는 것이 중요한 기술이 된다. 백색광 간섭계를 이용하여 높은 정밀도로 신속하게 표면 형상을 계측하기 위해서는, 참조광과 측정광 사이의 가간섭과 관련한 본 발명의 효과가 크다. 만약 웨이퍼 표면의 형상이 높은 정밀도로 신속하게 계측될 수 있으면, 최적 노광 표면 및 웨이퍼 표면의 포커싱 정밀도가 증가된다. 이는, 반도체 소자의 높은 성능 및 높은 제조 수율(yield)을 야기한다.
본 실시예는, 본 발명이 노광 장치 내의 간섭계(200)로서 적용되는 경우만을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 간섭계(200)로 제한되지 않고, 간섭계(200)의 포커스 교정(calibration)을 실시하는 포커스 교정 장치로서 적용될 수 있다. 포커스 교정 장치는, 간섭계(200)에서와 같이, 공간 가간섭 생성기를 이용하는 것에 의해서 높은 정밀도로 표면 위치를 계측함으로써 포커스 교정을 실시할 수 있다.
제4 실시예에 따르면, 참조광과 측정광 사이의 공간 가간섭의 감소는, 빔 단면 상에서 서로 수직한 제1 및 제2 방향으로 상이한 공간 가간섭을 갖는 공간 가간섭 생성기를 이용하는 것에 의해서 억제된다. 결과적으로, 고 콘트라스트의 고 휘도 간섭 신호가 간섭 계측에서 얻어질 수 있다. 이에 따라, 기판의 표면 위치가 높은 정밀도로 계측될 수 있다. 제4 실시예는 작은 포커스 심도에서 높은 포커스 정밀도를 구현하고 수득을 증가시키는 노광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 이들 실시예로 제한되지 않으며, 광을 피검물에 경사 입사시키고, 취득된 분광 간섭 신호에 기초하여 피검물의 물리적 정보, 화학적 정보, 및 광학적 정보를 취득하는 분광 경사 입사 백색광 간섭계에 널리 적용된다.
[물품 제조 방법]
본 발명의 실시예에 따른 물품 제조 방법은 마이크로 디바이스(예를 들어, 반도체 디바이스) 또는 마이크로구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 제조 방법은 리소그래피 장치를 이용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 제조 방법은 패턴-형성된 기판을 가공하는 다른 주지의 단계(예를 들어, 산화, 성막, 기상 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 제거, 다이싱, 본딩, 및 패키징)를 포함한다. 본 실시예에 따른 물품 제조 방법은, 물품의 성능, 품질, 생산성, 및 생산비 중 적어도 하나에서 통상적인 방법보다 우수하다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다. 이하의 청구항의 범위는, 그러한 모든 변경예 그리고 균등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따라야 한다.

Claims (20)

  1. 광원으로부터의 광을 분할하고, 분할된 상기 광 중 하나의 빔(beam)을 참조면에 의해 반사시킴으로써 생성된 참조광과, 분할된 상기 광 중 다른 빔을 피검물 상으로 경사 입사시키고 상기 피검물에 의해 상기 다른 빔을 반사시킴으로써 생성된 측정광을 합성하여, 간섭광을 생성하도록 구성된 광학계와,
    상기 광학계에 의해서 생성된 상기 간섭광을 검출하도록 구성된 검출기와,
    상기 검출기가 상기 광원으로부터의 광을 검출하기 전에 상기 광원으로부터의 광에 대해 공간 가간섭(spatial coherence)을 부여하도록 구성된 광학 부재를 포함하고,
    상기 광학 부재는, 상기 광학 부재 상으로 입사되는 광의 빔의 단면과, 상기 광학계에 의해서 분할되기 전의 상기 광원으로부터의 광, 상기 참조광, 상기 측정광 및 상기 간섭광의 광로를 포함하는 평면의 교차선의 방향으로서 제공되는 제2 방향으로, 상기 평면에 수직한 제1 방향보다 큰 공간 가간섭을 부여하는, 간섭계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학계에 의해서 생성된 상기 간섭광을 분광하도록 구성된 분광 유닛을 더 포함하고,
    상기 분광 유닛은 파장 분해의 방향을 상기 제2 방향과 평행하게 하는, 간섭계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 상이한 길이를 갖는 개구를 형성하도록 구성된 개구 조리개를 포함하는, 간섭계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개구 조리개는, 상기 광학계 중, 상기 광을 상기 광원으로부터 상기 피검물 상으로 입사시키도록 구성된 조명 광학계의 동공 위치에 배치되는, 간섭계.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광학계는 광대역 광을 분할함으로써 간섭광을 생성하도록 구성되고,
    λc를 상기 광대역 광의 중심 파장이라 하고, θin을 상기 피검물에 대한 입사 각도라 하고, Zr을 상기 제2 방향으로의 상기 피검물의 계측 범위라 할 때, 상기 개구 조리개의 개구의 단측 방향에 의해서 결정되는 개구수 NA는
    Figure pat00010
    을 만족시키는, 간섭계.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 광학계는 광대역 광을 분할함으로써 간섭광을 생성하도록 구성되고,
    λc를 상기 광대역 광의 중심 파장이라 하고, θin을 상기 피검물에 대한 입사 각도라 하고, Zr을 상기 제2 방향으로의 상기 피검물의 계측 범위라 할 때, 상기 개구 조리개의 개구의 단측 방향에 의해서 결정되는 개구수 NA는
    Figure pat00011
    을 만족시키는, 간섭계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 상이한 굴절력을 갖는, 간섭계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광학 부재는 원통형 렌즈를 포함하는, 간섭계.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광학 부재는, 상기 광학계 중, 상기 측정광 및 상기 참조광을 상기 검출기로 안내하도록 구성된 수광 광학계 내에 배치되는, 간섭계.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 분광 유닛은 회절 격자 및 분광 프리즘 중 하나를 포함하는, 간섭계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 2차원 촬상 센서를 포함하는, 간섭계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 피검물을 지지하면서 이동하도록 구성된 스테이지와,
    상기 스테이지를 제어하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 2차원 촬상 센서의 하나의 프레임의 촬상 중에 상기 피검물을 이동시키도록 상기 스테이지를 제어하는, 간섭계.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 피검물에 대한 상기 광원으로부터의 광의 입사 각도는 60° 이상인, 간섭계.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 간섭계는 상기 피검물의 표면 형상을 계측하는, 간섭계.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 피검물은 반투명막이 형성된 기판을 포함하고, 상기 간섭계는 상기 반투명막의 막 두께를 계측하는, 간섭계.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 광대역 광을 분할함으로써 간섭광을 생성하도록 구성되는, 간섭계.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광은 백색광을 포함하는, 간섭계.
  18. 기판 상에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치이며,
    상기 기판을 보유 지지하도록 구성된 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지에 의해서 보유 지지된 기판의 표면 형상을 계측하도록 구성된 간섭계를 포함하고,
    상기 간섭계는,
    광원으로부터의 광을 분할하고, 분할된 상기 광 중 하나의 빔을 참조면에 의해 반사시킴으로써 생성된 참조광과, 분할된 상기 광 중 다른 빔을 피검물 상으로 경사 입사시키고 상기 피검물에 의해 상기 다른 빔을 반사시킴으로써 생성된 측정광을 합성하여, 간섭광을 생성하도록 구성된 광학계와,
    상기 광학계에 의해서 생성된 상기 간섭광을 검출하도록 구성된 검출기와,
    상기 검출기가 상기 광원으로부터의 광을 검출하기 전에 상기 광원으로부터의 광에 대해 공간 가간섭을 부여하도록 구성된 광학 부재를 포함하고,
    상기 광학 부재는, 상기 광학 부재 상으로 입사되는 광의 빔의 단면과, 상기 광학계에 의해서 분할되기 전의 상기 광원으로부터의 광, 상기 참조광, 상기 측정광 및 상기 간섭광의 광로를 포함하는 평면의 교차선의 방향으로서 제공되는 제2 방향으로, 상기 평면에 수직한 제1 방향보다 큰 공간 가간섭을 부여하는, 리소그래피 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 리소그래피 장치는, 기판을 계측하는 계측 처리를 실시하도록 구성된 계측 스테이션 및 상기 계측 처리를 실시한 기판 상에서 노광 처리를 실시하도록 구성된 노광 스테이션을 포함하는 노광 장치를 포함하는, 리소그래피 장치.
  20. 리소그래피 장치를 이용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와,
    물품을 제조하기 위해서 패턴이 형성된 기판을 가공하는 단계를 포함하고,
    상기 리소그래피 장치는,
    상기 기판을 보유 지지하도록 구성된 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지에 의해서 보유 지지된 기판의 표면 형상을 계측하도록 구성된 간섭계를 포함하고,
    상기 간섭계는,
    광원으로부터의 광을 분할하고, 분할된 상기 광 중 하나의 빔을 참조면에 의해 반사시킴으로써 생성된 참조광과, 분할된 상기 광 중 다른 빔을 피검물 상으로 경사 입사시키고 상기 피검물에 의해 상기 다른 빔을 반사시킴으로써 생성된 측정광을 합성하여, 간섭광을 생성하도록 구성된 광학계와,
    상기 광학계에 의해서 생성된 상기 간섭광을 검출하도록 구성된 검출기와,
    상기 검출기가 상기 광원으로부터의 광을 검출하기 전에 상기 광원으로부터의 광에 대해 공간 가간섭을 부여하도록 구성된 광학 부재를 포함하고,
    상기 광학 부재는, 상기 광학 부재 상으로 입사되는 광의 빔의 단면과, 상기 광학계에 의해서 분할되기 전의 상기 광원으로부터의 광, 상기 참조광, 상기 측정광 및 상기 간섭광의 광로를 포함하는 평면의 교차선의 방향으로서 제공되는 제2 방향으로, 상기 평면에 수직한 제1 방향보다 큰 공간 가간섭을 부여하는, 물품 제조 방법.
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