KR20180043354A - 리소그래피 장치 정렬 센서 및 방법 - Google Patents

Abstract

리소그래피 장치는 기판을 홀딩하도록 구성되는 기판 테이블; 및 기판 테이블에 의해 홀딩되는 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치를 감지하도록 구성되는 센서를 포함한다. 센서는 정렬 마크를 방사선 빔으로 조명하도록 구성되는 방사선 소스, 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔을 아웃포커스 광학 패턴으로서 검출하도록 구성되는 검출기, 및 데이터 처리 시스템을 포함한다. 데이터 처리 시스템은, 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고, 무렌즈 이미징 알고리즘을 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 이미지 데이터를 처리하도록 구성된다.

Description

리소그래피 장치 정렬 센서 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2015 년 8 월 28 일에 출원된 EP 출원 번호 15183058.5 의 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.

본 발명은 리소그래피 장치, 프로그램가능한 패터닝 디바이스, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 불리는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한 번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각 타겟부가 조사(irradiate)되는 이른바 스테퍼, 및 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 방사 빔을 통해 패턴을 스캔하는 동시에 이러한 방향에 평행 또는 반-평행하게 기판을 스캔함으로써 각 타겟부가 조사되는 이른바 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 장치로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.

리소그래피에서, 예를 들어 복잡한 반도체 구조체가 제조될 수 있게 하기 위해 복수 개의 패턴이 기판 상에 투영된다. 이러한 복수의 패턴은 기판 상에 연속적으로 투영된다. 복잡하고 작은 치수의 패턴을 제조할 수 있으려면, 패턴을 높은 정확도로 오버레이하는 것이 필요하다. 소위 오버레이 오차를 줄이기 위해, 기판을 정렬하는 것을 포함하는 복수 개의 기법들이 적용된다. 기판을 정렬하기 위해, 정렬 센서에 의해 정렬 측정이 수행된다. 정렬 센서는 본질적으로 기판 상에 제공된 하나 이상의 알려진 레퍼런스의 위치를 측정하는데, 알려진 레퍼런스(들)는 예를 들어 정렬 레퍼런스 패턴과 같은 알려진 패턴을 포함한다.

리소그래피 프로세스에서, 제조 비용 및 해당 비용을 낮추는 것은 서로 관련된 역할을 수행할 수 있다. 결과적으로, 기판(예를 들어 반도체) 구조체의 설계자는, 하나의 기판으로부터 가능한 한 많은 제품을 생산하기 위하여, 기판 상에 넓은 사용가능한 면적을 확보함으로써, 기판의 표면의 일부를 가능한 적게 희생하려는 목적을 가진다. 정렬 마크는 일반적으로 가용 영역 옆에, 즉 타겟 부분이라고도 불리는, 기판의 표면 상의(예를 들어 반도체 구조체) 패턴 옆에 배치된다. 정렬 정확도를 높이고 기판당 순수 효율을 높이기 위해서는, 정렬 마크를 기판 상의 패턴 내에, 예를 들어 하위 층 내에 제공하여, 정렬 마크 상의 연속 층들이(예를 들어 반도체) 구조체를 제공할 수 있게 하는 경향이 관찰될 수 있다. 따라서, 추가적인 층들이 정렬 마크 상에 제공됨으로써, 이용가능한 기판 표면을 효율적으로 사용할 수 있다. 이를 통하여, 기판 표면의 가용 공간이 넓어지고, 레퍼런스 정렬 마크를 제공하는 것과 같은 "오버헤드" 목적만을 위해 사용되는 기판 표면이 적어진다. 높은 오버레이 요건이 주어진다면, 많은 수의 정렬 마크가 기판 표면 상에 제공되고 기판 표면에 걸쳐서 분포되어야 할 필요가 있을 수 있다. 기판 상에 제공되어야 하는 층들의 개수가 증가되는 경향이 있어서, 기판 상에 연속적으로 투영되어야 하는 리소그래피 패턴의 개수가 증가되는 현상이 관찰된다. 많은 수의 층들이 기판 상에 제공될 수 있다는 사실 때문에, 이러한 정렬 마크는 리소그래피 장치를 사용하는 동안에 그 위에 제공된 복수의 층에 의해 감춰질 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 리소그래피 장치로서,

기판을 홀딩하도록 구성되는 기판 테이블; 및

상기 기판 테이블에 의해 홀딩되는 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치를 감지하도록 구성되는 센서를 포함하고,

상기 센서는,

상기 정렬 마크를 방사선 빔으로 조명하도록 구성되는 방사선 소스,

상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔을 아웃포커스(out of focus) 광학 패턴으로서 검출하도록 구성되는 검출기, 및

데이터 처리 시스템을 포함하며, 상기 데이터 처리 시스템은,

- 상기 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고,

- 무렌즈 이미징 알고리즘을 상기 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하도록 구성되는, 리소그래피 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 리소그래피 정렬 방법으로서,

정렬 마크를 가지는 기판을 제공하는 단계,

방사선 빔을 상기 정렬 마크 상에 방출하는 단계,

검출기에 의하여, 상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔을 검출하는 단계 - 상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔은 아웃포커스 광학 패턴으로서 상기 검출기 상으로 투영됨 -,

상기 검출기로부터, 상기 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하는 단계, 및

무렌즈 이미징 알고리즘을 상기 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하는 단계를 포함하는, 리소그래피 정렬 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 검출기로부터 아웃포커스 광학 패턴을 수신하기 위한 데이터 입력부를 포함하는 데이터 처리 시스템으로서,

상기 아웃포커스 광학 패턴은 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔으로부터 나온 것이고, 상기 데이터 처리 시스템은,

- 상기 데이터 입력부에서 상기 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고,

- 무렌즈 이미징 알고리즘을 상기 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하도록 구성되는, 데이터 처리 시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 데이터 처리 시스템에 의해 실행되기 위한 제어 소프트웨어로서,

상기 제어 소프트웨어는,

- 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고 - 상기 아웃포커스 광학 패턴은 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔으로부터 나온 것임 -,

- 무렌즈 이미징 알고리즘을 상기 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하도록 구성되는, 데이터 처리 시스템이 제공된다.

본 발명의 실시예가 오직 예시를 통하여, 대응하는 참조 심벌들이 대응하는 부분을 표시하는 첨부된 개략도를 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명이 구현될 수 있는 리소그래피 장치를 도시한다;
도 2 는 도 1 의 리소그래피 장치에 적용될 수 있는, 본 발명에 따른 정렬 센서의 고도의 개략도를 도시한다;
도 3 은 다른 정렬 센서의 고도의 개략도를 도시한다;
도 4 는 또 다른 정렬 센서의 고도의 개략도를 도시한다;
도 5a 및 도 5b 또 다른 정렬 센서의 고도의 개략도를 도시한다;
도 6 은 또 다른 정렬 센서의 고도의 개략도를 도시한다;
도 7 은 또 다른 정렬 센서의 고도의 개략도를 도시한다; 그리고
도 8 은 도 6 및 도 7 에 따른 정렬 센서의 동작을 예시하는 흐름도를 도시한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 이 장치는:

- 방사선 빔(B)(예를 들어 UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기)(IL);

- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크; MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 포지셔닝하도록 구성되는 제 1 포지셔너(positioner; PM)에 연결되는 지지 구조체(예를 들어 마스크 테이블; MT);

- 기판(예를 들어 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판을 정확하게 포지셔닝하도록 구성되는 제 2 포지셔너(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어 웨이퍼 테이블)(WT); 및

- 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어 하나 이상의 다이를 포함함)로 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위한 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전식, 다른 형태의 광학 요소, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 요소들을 포함할 수 있다.

지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지, 즉 이의 무게를 지탱한다. 이것은 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 지향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 지지 구조체는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스가 예를 들어, 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수도 있다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 임의의 사용은 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 페이즈 천이 피처(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 이러한 기법은 광학 근접 보정(Optical Proximity Correction; OPC)이라고 알려져 있다. 광학 근접 보정(OPC)은 회절 또는 공정 효과에 기인한 이미지 오차를 보상하기 위해 흔히 사용되는 포토리소그래피 향상 기법이다. OPC는 주로 반도체 디바이스를 제조할 때에 필요하며, 이것은 광이 처리된 이후에 원래의 디자인의 에지 배치 무결성을 실리콘 웨이퍼 상의 에칭된 이미지 내에 유지하는 것이 한계를 가진다는 데에 기인한다. 이러한 투영된 이미지는, 설계된 것보다 좁거나 넓은 선폭과 같은 이상(irregularities)으로 나타나고, 이것은 이미징을 위해 사용되는 포토마스크 상의 패턴을 변경함으로써 보상될 수 있다. 부드러운 모서리와 같은 다른 왜곡은 광학적 이미징 툴의 해상도에 의해 생기며, 보상하기가 더 어렵다. 이러한 왜곡이 정정되지 않으면, 제작되고 있던 대상의 전기적 특성이 크게 변경될 수 있다. 광학 근접 보정은, 에지를 이동시키거나 추가 다각형을 포토마스크 상에 기록된 패턴에 추가함으로써 이러한 오차를 정정한다. 이것은, 폭 및 피쳐들 사이의 간격에 기초한 미리-계산된 룩업 테이블에 의하여(규칙 기초 OPC라고 알려짐) 또는 최종 패턴을 동적으로 시뮬레이션하기 위해서 콤팩트 모델을 사용함으로써, 통상적으로 섹션들로 나눠지는 에지들을 이동시켜 최선의 솔루션을 찾음으로써(모델 기초 OPC라고 알려짐) 수행될 수 있다. 그 목적은, 설계자에 의하여 실리콘 웨이퍼 내에 그려진 원래의 레이아웃을 가능한 한 재생하는 것이다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟부에 생성되고 있는 집적 회로와 같은 디바이스의 특정한 기능성 층에 대응할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수도 있다. 패터닝 장치의 예는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 및 프로그램가능(LCD) 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피에서 주지되며, 이진, 교번 페이즈-천이, 감쇄 페이즈-천이, 및 다양한 하이브리드 마스크 타입과 같은 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일 예는 소형 미러들의 매트릭스 정렬을 채용하는데, 이들 각각은 인입하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사하기 위하여 개별적으로 틸팅될 수 있다. 틸팅된 미러는 미러 매트릭스에 의하여 반사된 방사선 빔 내에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 액침액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어가 임의로 사용되면 더 일반적인 용어인 "투영 시스템"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.

도시된 것처럼, 장치는 투과형이다(예를 들어, 투과형 마스크를 채용). 또는, 장치는 반사형 타입(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 있다.

리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)을 갖는 유형의 것일 수 있지만 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 그러한 "다중 스테이지" 머신에서, 부가적인 테이블은 평행하게 사용될 수 있으며, 또한 하나 이상의 다른 테이블들이 노광을 위해 사용되고 있는 동안 준비 단계들이 하나 이상의 테이블 상에 수행될 수 있다.

리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있다.액침액은 또한 예컨대 마스크 및 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 가해질 수 있다. 액침 기법은 투영 시스템의 애퍼쳐(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "침지"라는 용어는, 기판과 같은 구조가 액체에 잠겨져야 하는 것을 의미하지 않고, 그보다는 노광 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.

도 1 을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 빔을 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우들에서, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사선 소스가 수은 램프인 경우에, 이러한 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요할 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.

조명기(IL)는 방사선 빔의 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD)를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 조명기(IL)의 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)는 조절될 수 있다. 부가적으로, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(confiner)(CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일도 및 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.

방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PL)을 통과한다. 제 2 포지셔너(PW) 및 포지션 센서(IF)(예를 들어 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 포지셔닝하기 위하여, 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 포지셔너 및 다른 위치 센서(도 1 에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확하게 포지셔닝하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 제 1 포지셔너(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 정밀 위치 설정)을 이용하여 실현될 수도 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제 2 포지셔너(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수도 있다. 스테퍼의 경우(스캐너에 반대됨), 마스크 테이블(MT)은 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수도 있고, 또는 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟 영역을 점유하지만, 이들은 타겟 영역 사이의 공간(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수도 있다. 마찬가지로, 마스크(MA)에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 본질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴이 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 그러면, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)이 X 방향 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서는, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 동기되어 스캐닝되는 동안, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 상대적인 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시의 타겟부의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의)을 한정하는 한편, 스캐닝 모션의 길이는 타겟부의 높이(스캐닝 방향에서의)를 결정한다.

3. 다른 모드에서는, 프로그램가능 패터닝 디바이스를 홀딩하면서 마스크 테이블(MT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되고, 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 영역(C) 상에 투영되는 동안에 이동되거나 스캐닝된다. 이러한 모드에서, 일반적으로 펄스화된(pulsed) 방사선 소스가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 요구될 때, 기판 테이블(WT)의 각 이동 이후에 또는 스캔 도중의 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 업데이트된다. 동작의 이러한 모드는 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 미러 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.

도 2 는 도 1 의 리소그래피 장치에 포함될 수 있는, 본 발명에 따른 센서(정렬 센서라고도 불림)의 고도의 개략도를 도시한다. 기판 테이블(WT)은 그 위에 정렬 마크(AM)를 가지는 기판(W)을 홀딩한다. 정렬 센서는, 방사선의 정렬 빔(alignment beam; AB)(방사선 빔이라고도 불림)을 기판 상에 방출하도록 구성되는 방사선의 정렬 소스(alignment source of radiation; (ASR))(방사선의 소스 또는 방사선 소스라고도 불림), 및 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 정렬 빔을 검출하도록 구성되는 정렬 광 검출기(alignment optical detector; AOD)(검출기라고도 불림)를 포함한다. 정렬 센서는 정렬 마크(AM)와 상호작용한 바 있는 정렬 빔(AB)을 아웃포커스 광학 패턴(OP)으로서 정렬 광 검출기(AOD) 상에 투영하도록 구성된다. 광학 패턴(OP)은 광 검출기(AOD)를 향해 산란되는 방사선의 세기(위상도 가능함)의 공간 분포라고 간주될 수 있다. 정렬 센서는, 정렬 광 검출기에 연결되고, 정렬 광 검출기에 의해 검출되는 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하며, 이미지 데이터를 처리하여 수신된 이미지 데이터로부터 정렬 정보를 결정하도록 구성되는 데이터 처리 디바이스(data processing system; DPD)(또는 데이터 처리 시스템)를 더 포함한다. 데이터 처리 디바이스는, 수신된 이미지 데이터로부터 합성으로 포커싱된 이미지를 계산하고 계산된 합성으로 포커싱된 이미지로부터 정렬 정보를 결정하거나, 수신된 이미지 데이터로부터 정렬 정보를 직접적으로 결정할 수 있다. 후자의 경우, 수신된 이미지 데이터로부터 합성으로 포커싱된 이미지를 계산하는 중간 단계는 생략될 수 있고, 정렬 정보는 수신된 이미지 데이터로부터 유도된다.

정렬 센서는 정렬 마크의 위치를 유도하도록 적용된다. 정렬 마크는 기판(웨이퍼라고도 불림) 상에 제공된다. 본 명세서에서 "기판" 및 "웨이퍼"라는 용어는 상호교환가능하도록 사용된다는 점에 주의한다. 정렬 마크는 정렬 격자 또는 임의의 다른 적합한 정렬 마크를 형성할 수 있다. 감지된 정렬 마크의 위치는 레퍼런스 위치 또는 웨이퍼 처리의 이전의 단계에서의 동일한 정렬 마크의 위치와 비교될 수 있고, 웨이퍼의 정렬은 정렬 센서로부터 획득된 측정에 기초하여 수행될 수 있다. 정렬 빔은 레이저 빔 또는 단색 빔과 같은 임의의 다른 적합한 광학적 빔(즉, 실질적으로 단일 파장을 가지는 방사선), 파장들의 범위 내의 한 파장을 가지는 빔일 수 있다. 예를 들어 회절, 산란 또는 임의의 다른 적합한 상호작용에 의해 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 빔은, 예를 들어 정렬 광 검출기의 캡쳐 영역 내의 공간 분포, 예를 들어 세기 또는 컬러를 검출하기 위하여, 광 검출기 어레이, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 광 검출기 어레이 또는 임의의 다른 적합한 광 검출기와 같은 정렬 광 검출에 의해 검출된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2 를 참조하여 전술된 바와 같이, 정렬 센서는 아웃포커스 빔을 정렬 광 검출기 상에 투영한다. "아웃 포커스(out of focus)"라는 표현은 정렬 광 검출기에 의해 수신되는 이미지 내에 정렬 패턴이 뚜렷하게 보이지 않는 정도로 초점이 맞지 않는 것으로 이해된다. 아웃포커스 광학 패턴으로부터 가용 데이터를 유도하기 위하여, 소위 무렌즈 이미징 기법이 적용된다. 인입하는 전자기 방사선의 속성(예를 들어, 아웃포커스 광학 이미지의 세기, 위상)이 검출되고, 방사선으로부터 정보를 추출하기 위해서 공정을 겪게되는 디지털 데이터로 변환된다. 즉, 무렌즈 이미징이 소프트웨어적으로 광학 시스템을 에뮬레이션할 수 있다. 광학 시스템이 소프트웨어적으로 에뮬레이션되기 때문에, 렌즈, 포커싱 미러, 및/또는 다른 광학 요소를 사용하는 광학 시스템에서 발생하는 오류 또는 수차가 생략될 수 있다. 그러므로, 이론상, 무렌즈 광학적 이미징은 임의의 파장의 방사선에 작용하기 위한 이론적으로 이상적인 광학기를 에뮬레이션할 수 있다.

정렬 센서는 소위 무렌즈 광학기를 사용할 수 있다. "무렌즈 광학기"는 임의의 굴절성 또는 반사성 광학 컴포넌트(예컨대 렌즈, 포커싱 미러, 등)를 포함하지 않는 광학적 이미징 시스템을 가리킬 수 있다(하지만 반드시 그래야 하는 것은 아님)는 점에 주의한다.

본 발명에 따른 정렬 센서를 사용하면, 큰 파장 범위를 커버할 수 있다. 예를 들어, 0.1 나노미터 내지 1500 나노미터의 범위의 정렬 빔 파장 범위가 구상될 수 있다. 소프트웨어적으로 합성 광학적 이미지를 처리하면 파장-의존성 수차가 생기지 않거나 더 적게 생기기 때문에, 이러한 광학 컴포넌트(예컨대 투과성 렌즈, 포커싱 미러, 편광자 등)가 없거나 부분적으로 없을 수 있고, 큰 파장 범위가 적용될 수 있다. 이러한 큰 파장 범위를 사용하면, "은닉(hidden)" 정렬 패턴, 즉 리소그래피 프로세스에서 다른 층에 의해 커버되는 정렬 패턴이 더 쉽게 검출될 수 있고, 그 이유는 다른 층이 큰 파장 범위에서 발생되는 적어도 일부 파장에 대해서 투명할 가능성이 높이지기 때문이다. 정렬 마크 위에 제공된 층들은 그들의 광학적 투과 특성이 크게 다를 수 있다. 예를 들어, 금속막을 포함하는 층은 특정한 파장에 대하여 산화물층과는 다른 광학적 투과 특성을 가질 수 있다. 설명되는 바와 같은 정렬 센서에는 큰 파장 범위가 적용될 수 있다. 정렬 패턴 상의 한 층 또는 여러 층이 특정한 파장에 대해 투명하게 보일 가능성은, 큰 파장 범위의 정렬 빔을 사용할 경우에 높아질 수 있다. 즉, 충분히 높은 투과성을 제공할 특정 파장이 발견될 확률은 큰 파장 범위를 사용할 경우에 높아질 수 있다.

무렌즈 이미징 알고리즘을 사용하면, 검출기 상의 광학적 이미징은, 방사선을 이론적으로 이상적인 광학 시스템을 디지털 에뮬레이션하기 위한 데이터로 변환하는 것을 가능하게 하는, 입사 방사선의 관련된 속성이 캡쳐될 수 있을 정도로만 이루어지면 된다. 따라서, 도 2 의 검출기(AOD)는 물리적 도메인과 광학적 도메인 사이의 인터페이스를 나타낸다. 마크(AM)로부터 검출기까지의 방사선 경로에 하나 이상의 광학 요소가 있을 수 있지만 반드시 그래야 하는 것은 아니다.

데이터 처리 디바이스(DPD)는 적합한 소프트웨어 명령이 제공되는 마이크로프로세서와 같은 개별 데이터 처리 디바이스에 의해 형성될 수 있고, 또는 리소그래피 장치의 다른 데이터 처리 디바이스에 통합될 수 있다. 다르게 말하면, 데이터 처리 디바이스에 의해 수행되는 태스크는 예를 들어 리소그래피 장치의 현존 데이터 처리 디바이스에서 실행 중인 태스크(프로세스)로서 구현될 수 있다. 정렬 빔은 임의의 적합한 정렬 빔, 예컨대 (광학적) 레이저 빔일 수 있다. 방사선의 정렬 소스는 이에 대응하여 임의의 적합한 방사선 소스, 예컨대 레이저일 수 있다. 이러한 개발예에 의해 정렬 빔을 넓은 파장 범위, 예를 들어 UV로부터 IR까지의 범위에 걸쳐서 동작시킬 수 있기 때문에, 대응하는 방사선의 정렬 소스(넓은 스펙트럼을 제공하거나 조절가능한 파장을 가짐)가 적용될 수 있다. 정렬 마크는 임의의 적합한 정렬 마크일 수 있다. 예를 들어, 정렬 마크는 회절형 정렬 마크를 포함할 수 있다. 임의의 다른 적합한 정렬 마크가 적용될 수도 있다.

정렬 광 검출기에 의해 검출되는 이미지로부터, 무렌즈 이미징 알고리즘을 사용하여 위상 정보를 획득하고 및/또는 합성으로 포커싱된 이미지를 계산하기 위하여 적용될 수 있는 다양한 기법들이 고안되었다. 이러한 예들이 도 3, 도 4, 도 5a 및 도 5b 를 참조하여 아래에서 설명된다. 이러한 각각의 예에서, 정렬 정보가 계산되고 이러한 합성 이미지로부터 정렬 정보가 유도되지만, 합성 이미지를 계산하는 단계는 생략될 수 있고, 즉 정렬 정보는 합성 이미지가 아니라 무렌즈 이미징 알고리즘을 사용하여 직접적으로 유도될 수 있다는 점에 주의한다.

도 3 에 개략적으로 도시되는 일 실시예에서, 정렬 방사선 소스(ASR)는, 파장 파라미터(WP)를 수신하고 파장 파라미터(WP)에 응답하여 정렬 빔의 파장 범위를 제어하도록 구성되는 파장 선택 요소(WSE)를 포함한다. 그러면, 데이터 처리 디바이스(DPD)는 파장 파라미터로부터 그리고 각각의 파장 파라미터에 대해 수신된 이미지 데이터로부터, 즉 수신된 이미지 데이터로부터, 파장 파라미터의 함수로서 합성 이미지를 계산하도록 구성된다. 정렬 광 검출기에 의해 수신되는 광학적 이미지가 파장에 대한 의존성을 가지기 때문에, 이러한 의존성이 위상 정보를 유도하고 이를 통하여 합성으로 포커싱된 이미지를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 파장이 변하면 정렬 광 검출기에 의해 검출되는 광학 패턴이 변하게 될 수 있는데, 이것은 파장을 변경하면 - 광로는 불면임 - 간섭하는 빔 부분들 사이의 상호 위상이 변하게 되기 때문이다. 파장 파라미터(WP)는 임의의 적합한 파라미터, 예컨대 파장의 수치값을 나노미터로 표현하는 아날로그 또는 디지털 신호에 의해 제공될 수 있다. 파장 선택 요소는 제어가능한 필터, 예를 들어 제어가능한(예를 들어 튜닝가능한) 대역통과 광학 필터 또는 제어가능한(튜닝가능한) 협대역 광학 필터와 같은 임의의 적합한 광학 요소일 수 있다.

도 4 에 개략적으로 도시되는 것과 같은 일 실시예에서, 리소그래피 장치는 기판 테이블과 정렬 광 검출기를 서로에 대하여 이동시켜서 기판 테이블에 의해 홀딩되는 기판(W)과 정렬 광 검출기(AOD) 사이의 광학 거리(OD)를 변경하도록 구성되는데, 데이터 처리 디바이스는 광학 거리로부터 그리고 각각의 광학 거리에 대해 수신된 이미지 데이터로부터, 즉 수신된 이미지 데이터로부터 합성 이미지를 광학 거리의 함수로서 계산하도록 구성된다. 따라서, 광학 거리를 변경함으로써 정렬 광 검출기 상의 포커싱되지 않은 이미지가 변하게 되고, 이것이 위상 정보를 유도하기 위하여 사용된다. 위상 정보는, 광학 거리의 변경과 관련하여 정렬 광 검출기에서 검출되는 이미지의 변화로부터 얻어질 수 있다. 이러한 기법은 단색 빔에도 그리고 광대역 빔에도 적용될 수 있다. 기판 테이블을 기판의 표면에 수직인 방향(일반적으로 수직 방향)으로 이동시킴으로써 기판을 변위시키는 것은 기판 테이블 액츄에이터(WTA)에 의해서 수행될 수 있으며, 이것은 예를 들어 기판 테이블 포지셔너(P)(도 1 에서 도시되는 바와 같음)에 의해 형성될 수 있어서 변위 액츄에이터와 관련된 추가적 하드웨어는 필요하지 않게 될 수 있다. 기판 테이블을 수직 방향으로 변위시키는 것과 달리 또는 추가적으로, 광학 거리를 바꾸기 위해서 기판 테이블은 수평 방향으로도 이동될 수 있다.

일 실시예에서, 데이터 처리 디바이스는 반복적 재구성 알고리즘을 사용하여 합성 이미지를 계산하도록 구성된다. 초기 가정에 기초하여, 초기 합성 이미지가 계산될 수 있다. 단계별 접근법을 사용하여, 계산된 이미지는 반복적으로 계산되어 합성 이미지가 될 수 있다. 반복적 재구성 알고리즘을 사용하여 합성 이미지를 계산하는 것은 다음과 같이 동작한다. 패턴이 달성해야 하는 제약의 세트가 측정에 의하여, 또는 종래의 지식(예컨대, 정렬 마크가 어떤 패턴을 가질지 아는 경우)에 의하여 수집된다. 복원 솔루션은 이러한 제약 모두를 만족시킬 것이다. 그러므로, 이러한 복원 문제는 이러한 제약 모두를 만족시키는 가능한 솔루션이 식별되는 가능성(feasibility) 문제로 간주될 수 있다. 이러한 가능성 문제에 대한 솔루션을 식별하는 것은, 후보 솔루션이 각각의 제약 상에 하나씩 예측되는(고차원의 공간에서는 직교식으로) 교차 예측 알고리즘(alternating projection algorithm)을 이용하여 수행될 수 있다. 후보 솔루션이 모든 제약을 만족시키면(충분하게), 알고리즘이 종결될 수 있다.

도 5a 에 개략적으로 도시되는 바와 같은 일 실시예에서, 정렬 센서는 정렬 레퍼런스 빔(ARB)을 제공하도록 구성되는 정렬 빔 레퍼런스 경로(ABRP)를 더 포함하고, 정렬 레퍼런스 빔은 정렬 광 검출기(AOD)에서 정렬 빔(AB)과 상호작용하기 위한 것이며, 데이터 처리 디바이스(DPD)는 수신된 이미지 데이터로부터 합성 이미지를 계산하도록 구성되고, 수신된 이미지 데이터는 정렬 빔과 정렬 레퍼런스 빔의 상호작용의 결과이다. 따라서, 정렬 광 검출기에서의 정렬 레퍼런스 빔과 정렬 빔의 상호작용이 정렬 광 검출기에서의 정렬 빔의 위상에 따라 달라지기 때문에, 그로부터 위상 정보가 유도될 수 있다. 합성으로 포커싱된 광학적 이미지가 그로부터 계산될 수 있고, 그 예들이 아래에 제공된다. 제 1 예에서는, 레퍼런스 빔이 전파되는 레퍼런스 경로의 광학 길이가 변한다. 제 2 예에서는, 레퍼런스 빔의 파장이 변한다.

도 5a 에 개략적으로 도시되는 바와 같은 제 1 예에서, 정렬 빔 레퍼런스 경로(ABRP)는 가동 레퍼런스 구조체(MRS)를 포함한다. 정렬 센서는 레퍼런스 빔(RB)의 전파 경로의 광학 길이를 변경하기 위해 레퍼런스 구조체(MRS)를 이동시키도록 구성된다. 데이터 처리 디바이스(DPD)는 광학 길이로부터 그리고 각각의 광학 길이에 대해 수신된 이미지 데이터로부터 합성 이미지를 계산하도록 구성된다. 위상 정보는, 레퍼런스 빔(RB)의 전파 경로의 광학 길이의 변화와, 그에 따라 정렬 광 검출기에 입사하는 레퍼런스 빔의 위상의 변화의 결과로서, 정렬 빔 광 검출기에 의해 검출되는 광신호가 변하는 것으로부터 유도될 수 있다(광로 길이가 변하면, 정렬 광 검출기에서의 위상이 광로 길이의 함수로서 변할 것이기 때문임).

도 5b 에 개략적으로 도시되는 제 2 실시예에서, 정렬 방사선 소스(ASR)는, 파장 파라미터(WP)를 수신하고 파장 파라미터(WP)에 응답하여 정렬 빔의 파장 범위를 제어하도록 구성되는 파장 선택 요소(WSE)를 포함한다. 데이터 처리 디바이스(DPD)는 파장 파라미터로부터 그리고 각각의 파장 파라미터에 대해 수신된 이미지 데이터로부터, 즉 수신된 이미지 데이터로부터, 파장 파라미터의 함수로서 합성 이미지를 계산하도록 구성된다. 위상 정보는, 레퍼런스 빔(RB)의 파장의 변화와, 그에 따라 정렬 광 검출기에 입사하는 레퍼런스 빔의 위상의 변화의 결과로서, 정렬 빔 광 검출기에 의해 검출되는 광신호가 변하는 것으로부터 유도될 수 있다(광로 길이가 고정되면, 정렬 광 검출기에서의 위상이 파장의 함수로서 변할 것이기 때문임).

일 실시예에서, 데이터 처리 디바이스는 합성 이미지를 정렬 마크를 나타내는 기대된 이미지와 상관하고, 상관 결과로부터 정렬 정보를 유도하도록 구성된다. 기대된 이미지는, 기판 상의 정렬 마크의 형상, 광학적 특성 및 근사 위치를 알 경우 기대되었을 이미지를 나타낸다. 상관이 기판 상의 정렬 마크의 가능한 다양한 위치에 대해서 결정될 수 있고, 이를 통하여 가장 높은 상관이 정렬 마크의 위치에 가장 근접하게 대응할 가능한 위치들 중 하나에 대한 정보를 제공할 수 있게 된다. 이러한 프로세스는 반복적 방법으로 수행될 수 있어서, 이를 통하여 기판 상의 정렬 마크의 위치의 결정 정확도를 높인다. 이러한 정정은 부분적으로만 합성으로 포커싱된, 즉, 완벽하게 포커싱되지 않은 합성 이미지와도 수행될 수 있다. 예를 들어, 이미지에 추가적 필터링이 적용될 수 있다. 부분적으로 (광학적) 포커싱된 이미지의 경우, 위상이 취출된 바 있으면 이것은 디지털적으로 리포커싱될 수 있다. 이것이 불가능하면, 상관 피크는 그만큼 강하지 않지만, 정렬은 여전히 수행될 수 있다(더 낮은 정확도로). 또는, 반복적 복원 대신에, 소위 "매칭된 필터(matched filter)" 알고리즘이 적용될 수 있다.

일 실시예에서, 정렬 센서는 정렬 마크로부터 정렬 광 검출기까지의 광로에 포커싱 광학 요소(예컨대 렌즈 또는 미러)를 포함하지 않는다.

계산적 광학기를 사용하는 가능한 실시예가 도 6 내지 도 8 을 참조하여 더 상세히 후술된다.

도 6 은 정렬 측정을 수행하기 위한 정렬 센서를 개략적으로 도시한다. 변형된 형태의 "무렌즈 이미징" 또는 코히어런트 회절형 이미징(coherent diffractive imaging; CDI)이 사용된다. 디지털 홀로그래피에도 관련되는 CDI는 현미경 검사에서 사용되도록 제안된 기법이다. 본 개시물에서, CDI 기법은 회절형 구조체에 대한 정렬, 예를 들어 격자 구조체의 비대칭의 측정을 수행하도록 적응된다. 완전히 무렌즈형이어야 하는 것은 아니지만, 정렬 센서는 장래의 애플리케이션에서의 성능 요구사항을 만족시켜야 하는 매우 복잡한 고-NA, 광대역 대물 렌즈 및 다른 요소에 대한 필요성을 없앤다.

도 6 의 (a)의 정렬 센서는 방사선 소스(611) 및 이미지 센서(623)를 포함한다. 이러한 예에서 방사선 소스(611)는 공간적 코히어런트 방사선의 빔(630)을 공급한다. 소스(611)는 하나 이상의 협대역(단색) 레이저 소스로 형성될 수 있는데, 이러한 경우에 방사선은 공간적으로 코히어런트하기도 하고 시간적으로 코히어런트하기도 할 것이다. 또는, 본 발명의 예에서 가정되듯이, 소스(611)는 낮은 시간적 코히어런스를 가지고 공간적으로 코히어런트한 브로드밴드 소스일 수도 있다. 이러한 소스는 소위 초연속체(supercontinuum) 소스 또는 "백색 광 레이저"일 수 있다. 소스(611)에는, 원하는 형태로 빔(630)을 공급하기 위한 다른 디바이스가 조명 시스템(612) 내에 부가될 수 있다. 예를 들어, 몇 가지 실시예들에서 소스(611) 및 조명 시스템은 파장 선택기(613)(점선 표시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 파장 선택기는 음향-광학기 튜닝가능 필터(acousto-optic tunable filter; AOTF)일 수 있다.

이미지 센서(623)는 CCD 또는 CMOS 센서일 수 있다. 상이한 조명 모드는 조리개 디바이스, 프로그래밍가능한 공간 광 변조기, 또는 공간적으로 분산된 섬유를 제공함으로써 구현될 수 있다.

소스(611)로부터 타겟(T)까지의 조명 경로에서, 조명 광학계는 간단한 미러(640)와 저-NA 렌즈(642)를 포함한다. 렌즈(642)는 기판(W) 상의 정렬 타겟(T)의 위치에서 방사선 빔(630)을 스폿(S) 내에 집광한다. 포지셔닝 시스템(예를 들어 리소그래피 장치(LA)에 있는 포지셔닝 시스템(PW)과 유사)은 기판(W) 및 타겟(T)을 빔(630)의 초점으로 가져간다. 스폿은 예를 들어 대략적으로는 예를 들어 10 내지 80 μm, 예를 들어 20 내지 50 μm, 또는 약 40 μm의 범위의 직경의 원과 유사한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 조명 방사선 빔(630)이 도시된 바와 같이 비스듬한 각도로 입사하는 실시예에서, 스폿(S)은 비-원형일 수 있고, 또는 애너모픽 광학기가 원형 스폿을 얻기 위해 적용될 수 있다. 타겟에 의해 반사된(0차에서 회절됨) 방사선(646)은 간결성을 위하여 648 에서 버려지는 것으로 도시된다. 실제 실시예에서, 반사된(0차) 방사선은, 예를 들어 기판의 초점 위치를 포지션 제어 메커니즘의 일부로서 결정하기 위해서 사용될 수 있다. 타겟(T)에 의해 산란된 방사선의 원하는 부분을 포함하는 방사선(650)은 센서(623)에 의해 수집된다. 오브젝트 방사선(object radiation)을 수집하기 위해서 고-NA 대물 렌즈가 필요하지 않고, 방사선은 타겟으로부터 센서로 직접적으로 통과할 수 있다. 실제 예에서, 적어도 대략적으로 빔을 시준하기 위하여(발산을 감소시킴) 간단한 수집 광학계가 제공될 수 있다. 간단한 렌즈일 수 있는 이러한 수집 광학계는 (b)에서 인세트 다이어그램 내에 개략적으로 도시된다. 그럼에도 불구하고, 복잡한 고-NA 대물 렌즈가 제거된다. 조명 방사선은 수집 광학계를 우회하여 타겟 영역으로 직접적으로 지향될 수 있다. 그러면 광학계의 요소들 내에서의 조명 방사선의 산란에 의한 노이즈를 피하는 데에 도움이 된다.

수집된 산란 방사선(650)에 추가적으로, 레퍼런스 방사선(652)도 역시 센서(623)로 전달된다. 산란 방사선(650) 및 레퍼런스 방사선(652)은 서로 코히어런트하도록 동일한 소스(611)로부터 유도되며, 결과적으로 센서 상의 각각의 픽셀에서의 그들의 상대 위상에 따라서 센서에 간섭 패턴을 형성한다. 도시된 예에서, 레퍼런스 방사선(652)은 조명 방사선(630)의 일부를 빔 스플리터(654)로 분할하고, 이것을 가동 미러(656), 발산 렌즈(658) 및 폴딩 미러(660)를 통해 센서로 전달함으로써 얻어진다. 레퍼런스 방사선(650)은, 센서(623)의 필드에 걸쳐 상대적으로 균일한 진폭을 가지는 "레퍼런스파(reference wave)"로 이미지 센서(623)를 채운다. 레퍼런스파는 뚜렷한 각도에서 시스템의 광축에 비스듬한 방향으로 이동하고, 따라서 레퍼런스파는 뚜렷한 진폭과 위상을 가진다. 오브젝트파라고도 불릴 수 있는 산란 방사선(650)은 알려지지 않은 진폭과 위상을 가진다.

레퍼런스파를 형성하기 위해 조명 방사선의 일부를 분할하는 것에 대한 대안으로서, 소위 "자기-레퍼런싱(self-referencing)" 구성도 역시 가능하다. 그러한 경우에, 더 높은 차수의 산란된 필드 자체의 일부가 분할되고 레퍼런스파로서 사용된다. 예를 들면, 자기-레퍼런싱 구성은 산란된 필드의 전단 복제본(sheared copy)을 산란된 필드와 간섭시킴으로써 동작할 수 있다.

더 상세히 후술되는 바와 같이, 레퍼런스파와 오브젝트파 사이의 간섭은 센서(623) 상에, 산란된 오브젝트파의 콤플렉스 방사선 필드("콤플렉스"란 진폭과 위상 양자 모두를 의미함)를 계산하기 위해 프로세서(PU)가 사용할 수 있는 결과적인 세기 분포를 제공한다. 이러한 캡쳐된 세기 분포의 하나 이상을 나타내는 이미지 데이터(662)가 프로세서(PU)로 전달된다. 그러면, 이미징 광학기(21)가 필요 없이 합성 이미지를 계산하기 위하여 파 전파 알고리즘이 사용될 수 있다.

레퍼런스파는 반드시 비스듬한 각도여야 하는 것이 아니다. 그러나, 비스듬한 각도를 사용하면, 높은 공간 주파수를 가지며 단일 이미지 획득으로부터 위상 정보를 "복조"하기 위해 사용될 수 있는 무늬 패턴이 타겟에 걸쳐서 도입될 수 있다. 레퍼런스파의 각도는 너무 커서는 안 되고, 예를 들어 픽셀 어레이 피치의 두 배로 나눈 파장(lambda/2*pixel size)보다 작아야 한다. 통상적 셋-업에서, 예를 들어 3-4 도가 충분할 수도 있다. 이러한 고-주파수 무늬 패턴이 없으면, 예를 들어 "위상-스테핑(phase-stepping)"에 의해 위상 정보가 얻어질 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 위상 스테핑의 하나의 방법은 레퍼런스 빔의 상대적인 위상을 변동하면서 다수의 이미지가 획득되는 방법이다. 이것이 가능하기는 하지만, 셋-업의 안정성이 다소 영향을 받게 되고, 따라서 비스듬한 레퍼런스 빔이 유리할 수 있다. 다른 방법에서, 위상 스테핑은, 상이한 위상 스텝들이 소위 '슈퍼-픽셀' 내에서 발견되도록 공간적 변조에 의해 이루어질 수 있다. 슈퍼-픽셀이라는 용어는, 예를 들어 그들의 이웃, 또는 위상, 또는 진폭, 또는 세기, 또는 상관, 등에 기초한 픽셀들의 콜렉션인 것으로 이해될 수 있다.

센서 배치 및 픽셀들의 어레이의 피치는 픽셀 어레이가 간섭 패턴의 적당한 샘플링을 제공하도록 결정되어야 한다. 개략적인 가이드로서, 픽셀 스페이싱(피치)은 예를 들어 λ/2d보다 적어야 하는데, λ는 조명 방사선(630) 내의 (최장) 파장이고, d는 타겟(T)으로부터 이미지 센서(623)까지의 스페이싱이다. 실제 예에서, 스페이싱 d는 약 1 cm일 수 있다. 센서 치수는 각각의 방향(X 및 Y)에서 d의 수 배, 예를 들어 d의 다섯 배 이상, d의 10배, 또는 그보다 더 클 수 있다. 이러한 관점에서, 광학계를 명확하게 도시하기 위해서 도 6 및 도 7 의 도면들이 스케일에 있어서는 많이 왜곡되었다는 것에 주의한다. 실제로 센서는 도면이 제시하는 것보다 타겟에 훨씬 더 가깝거나, 크기 상 훨씬 더 넓을 수 있다. 예를 들어, 센서는 타겟(T)에서 바라볼 때 상대적으로 광각 θ의 각도를 가지도록 하는 거리 d 및 크기 L을 가질 수 있다. 각도 θ는 각각의 차원에서 100 도, 예를 들어 135 도, 및 예를 들어 약 150 도를 넘을 수 있다. 도 6 의 인세트인 (b)에 도시된 바와 같이, 산란 방사선의 큰 범위의 각도를 여전히 캡쳐하는 동안 센서까지의 물리적 거리를 증가시키기 위해서 간단한 시준 렌즈(664)가 사용될 수 있다. 센서의 범위는 도시된 것처럼 타겟에 중심을 둬야 하는 것은 아니다. 이것은, 조명 방사선의 입사각에 기초하여, 조명 방사선의 파장(들) 및 주기적 격자의 피치에 기초하여 원하는 회절 차수를 캡쳐할 수 있도록 포지셔닝되기만 하면 된다.

예를 들어 레퍼런스파를 전달하는 데에 변형이 가해질 수 있다. 도시된 예에서, 오브젝트파와 레퍼런스파 사이의 광로차를 조절하면서 경로 길이 보상을 수행하기 위해 가동 미러(656)가 사용될 수 있다. 소스(611)가 백색 광 레이저와 같은 브로드밴드 소스라면, 이러한 미러를 이용한 스테핑을 통해 큰 파장 범위에 걸쳐서 콤플렉스 방사선 필드의 분광 측정이 가능해진다. 브로드밴드 소스의 코히어런스 길이가 상대적으로 작기 때문에, 이러한 장치는 넓은 범위의 위치를 통해 스테핑하는 동안 이미지를 캡쳐함으로써 작동될 수 있다. 제로에 가까운 경로 길이 차분에 대응하는 그러한 위치 중 일부만이 코히어런스 길이 내에 있을 것이다. 다른 위치들은 콤플렉스 필드 이미지를 제공하지 않을 것이다. 경로 길이 차분이 센서 상의 상이한 위치에서, 미러(656)의 주어진 위치에서 상이할 수 있다는 점에 주의한다. 결과적으로, 샘플링된 파 필드(far field) 내의 각각의 점은 미러의 상이한 위치에서 최대 무늬 콘트라스트를 가질 것이다. 특정한 파장에 대한 위상 및/또는 진폭을 계산하기 위하여, 계산할 때 다수의 이미지로부터의 정보를 여전히 추가시킬 필요가 있을 것이다. 저-코히어런스 소스의 경우, 이미지에 걸쳐서 콘트라스트 변동이 얻어질 것이다. 이것은 테스트 타겟 상의 테스트 측정을 통해 캘리브레이션될 수 있다.

주어진 크기의 이미지 필드에 대한 설계 곤란성을 완화하기 위하여, 콤플렉스 대물 렌즈를 제거하면 더 큰 가시 범위가 구현될 수 있게 하는데, 이것은 종래의 광학기로는 가능하지 않을 것이다. 격자의 2 x 2 어레이 대신에, 예를 들어 가시 범위 내에 5 x 2 격자 또는 심지어 5 x 4 격자를 가진 복합 타겟이 이미징될 수 있다.

명백한 콤플렉스 방사선 필드 정보를 얻기 위하여, 가동 미러(656)의 스텝들은 조명 방사선의 (최장) 파장 보다 훨씬 작게 만들어질 수 있다. 반도체 디바이스 제조와 같은 고-볼륨 제조의 예에서 타겟을 측정할 때, 측정당 소요되는 시간은 중요하지만, 이것은 이미지 캡쳐 자체에 걸리는 시간뿐만 아니라 이미지 캡쳐 이전에 각각의 타겟을 이동하고 획득하기 위한 시간을 포함한다. 타겟이 획득되면, 이동 미러(656)를 스테핑하면서 다수의 이미지를 캡쳐하는 것은 전체 정렬 측정 시간이 크게 증가하지 않게 할 수 있다. 그러므로, 캡쳐된 이미지 중 많은 것이 후속하는 분석에 거의 기여하지 않거나 아예 기여하지 않는다고 해도, 실무상 스텝들의 개수는 실제로는 매우 많을 수 있다. 또한, 더 큰 가시 범위가 얻어지면, 더 많은 수의 개개의 격자 또는 다른 타겟 구조체들이 하나의 캡쳐 동작에서 측정될 수 있다.

다른 예들에서, 위상 스테핑은 가동 미러(656)와 같은 부품들을 이동시키지 않고서 실현될 수 있다. 예를 들어, 반사성 또는 투과성 공간 광 변조기에는 더 큰 '초픽셀(superpixels)' 내의 상이한 픽셀 위치에 상이한 위상 스텝들이 제공될 수 있다. 상이한 위상 스텝은 적합한 재료에 스텝을 에칭함으로써, 또는 더 특이한 수단에 의하여 구현될 수 있다. 예를 들어 액정에 기초한 공간 광 변조기가 위상을 변조하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 예들에서, 레퍼런스파의 파장이 그 경로 길이 대신에 또는 그것에 추가하여 변동될 수 있다. 파장과 입사각이 알려져 있으면, 콤플렉스 방사선 필드가 계산될 수 있다. 파장은, 조명 경로에 필터를 삽입함으로써, 및/또는 상이한 방사원을 선택함으로써, 또는 튜닝가능한 소스를 튜닝함으로써 선택될 수 있다.

다르게 말하면, 위상 정보는 일정한 파장으로 경로 길이차를 변동함으로써, 일정한 경로 길이차로 파장을 변경함으로써, 또는 이러한 변동의 조합에 의하여 얻어질 수 있다. 파장 선택은 필요한 경우 산란 이후에 적용될 수 있다. 예를 들어, 파장-선택 필터가 이미지 센서(623) 앞에 삽입되고 캡쳐들마다 변경될 수 있다. 다수의 이미지 센서(623)가 제공될 수 있는데, 수집 경로는 파장-선택 빔 스플리터들에 의해 분할된다. 동일한 이미지 센서(623) 내의 상이한 픽셀들은, 예를 들어 단일-칩 컬러 이미지 센서 상의 RGB 필터 어레이의 방식으로, 상이한 파장에 민감하도록 만들어질 수 있다.

도 7 은 다른 변형예를 도시한다. 거의 모든 부분들은 도 6 에 도시된 것과 유사하고, 동일한 참조 부호들이 사용된다. 주된 차이점은, 레퍼런스 방사선(652)이 조명 방사선(630)으로부터 직접적으로 얻어지지 않고, 타겟(T)에 의해 반사된 0차 방사선(646)으로부터 미러(670)에 의해 얻어진다는 것이다. 이러한 변화는 광학적 레이아웃을 단순하게 만들 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 이러한 변경의 장점은, 산란 방사선(650)(오브젝트파) 및 레퍼런스 방사선(652)(레퍼런스파)이 그들의 각각의 광로의 더 많은 부분에 걸쳐서 동일한 영향에 노출될 것이라는 점이다. 특히, 광학계에 상대적인 타겟에 의한 임의의 진동 경험이 거의 동일하게 레퍼런스파 및 오브젝트파 양자 모두에 영향을 줄 것이다. 그러므로 기록된 콤플렉스 필드에 대한 이러한 진동의 영향은 감소될 것이다. 이러한 구성에서 레퍼런스파는 타겟 구조체에 대한 일부 정보를 포함할 것이지만, 이것은 평균 정보뿐일 것이고, 레퍼런스파는 오브젝트파의 콤플렉스 방사선 필드를 측정하기 위한 위상 레퍼런스로서 여전히 유효하다.

도 8 은 도 6 또는 도 7 의 장치를 사용한 완전한 측정 프로세스를 도시한다. 이러한 프로세스는 프로세서(PU)와 함께 도면에 도시된 광학적 하드웨어를 동작시킴으로써 구현된다. 무렌즈 이미징 알고리즘을 사용하는 예가 설명된다. (i) 하드웨어의 동작을 제어하는 기능 및 (ii) 이미지 데이터(662)를 처리하는 기능은 동일한 프로세서에 의해서 수행될 수 있고, 또는 상이한 전용 프로세서에 분리될 수도 있다. 이미지 데이터의 처리도 역시 동일한 장치에서 수행될 필요가 없고, 심지어 동일한 국가에서 수행될 필요가 없다.

단계들(802a, 802b, …802n)에서 세기 분포 이미지의 세트가 캡쳐되고 이미지 센서(23)로부터 프로세서(PU)에 의해 수신된다. 또한, 각각의 이미지와 연관된 장치의 동작 파라미터, 예를 들어 조명 모드, 미러(656)의 위치 등을 규정하는 보조 데이터(메타데이터)(804)도 수신된다. 이러한 메타데이터는 각각의 이미지와 함께 수신되거나, 또는 이러한 이미지의 세트 이전에 규정되고 저장될 수도 있다. 메타데이터는 기판 및 타겟 구조체의 정보를 더 포함할 수 있다. 레퍼런스파가 이미지 센서(23)를 통과하여 변동됨에 따른 그 알려진 위상을 규정하는 레퍼런스파 사양(806)도 역시 수신되거나 미리 저장된다. 이미지 센서에 걸친, 및/또는 가동 미러의 임의의 초기 위치에 대한 상대적인 위상 스텝을 아는 한, 절대 위상을 알 필요는 없다. 디자인과 계산에만 의존하는 대신에, 이러한 정보를 얻기 위해서 추가적인 캘리브레이션 프로시저가 제공될 수 있다.

수신된 이미지 데이터(802a) 등, 메타데이터(804) 및 레퍼런스파 사양(806)으로부터, 프로세서(PU)는 콤플렉스 방사선 필드를 계산한다(810). 이것은 이미지 센서(23)에 걸친 오브젝트파(산란 방사선(650))의 진폭 및 위상의 표현이다. 이러한 표현은 픽셀 위치당 진폭 및 위상 값의 형태로 표현될 수 있다. 다른 균등한 형태의 표현도 역시 가능하다. 이러한 콤플렉스 방사선 필드로부터, 프로세서(PU)는 프로세스(812)에서 파 전파 알고리즘을 사용하여 이상적인 광학계에 의해 이미지 센서(도 3 의 센서(23)와 유사함) 상에 집광되었다면 보여졌을 합성 이미지(814)를 계산할 수 있다.

도 8 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 합성 이미지(814)는 실제 이미지와 동일한 형태를 가질 수 있다. 복합 타겟 내의 각각의 개개의 격자에 대응하는 어두운 사각형과 밝은 광 사각형이 단지 예시를 통해 도시된다. 합성 이미지는 공지된 장치에서 캡쳐되는 실제 이미지와 유사한, 세기의 이미지일 수 있다. 그러나, 합성 이미지는 반드시 세기 이미지여야 하는 것은 아니다. 이것은 격자의 위상 이미지일 수도 있고, 또는 세기 및/또는 진폭 및 위상 이미지 양자 모두가 계산될 수도 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 두 이미지들이 타겟의 회절 스펙트럼의 반대 부분들을 사용하여 형성된다면, 두 이미지들은 각각의 격자의 비대칭을 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 도 8 에는 제 2 합성 이미지(814')가 도시된다. 조명 프로파일 또는 타겟의 배향이 180 도 회전된 경우 이미지 센서(623)에 의해 캡쳐된 제 2 세트의 이미지(802a') 등에 기초하여, 제 2 합성 이미지가 이미지(814)와 동일한 프로세스에 의해 획득된다는 것이 이해될 것이다. 다르게 말하면, 합성 이미지(814)는(예를 들어) +1차 회절된 방사선을 사용하여 생성되는 반면에, 합성 이미지(814')는 -1차 회절된 방사선을 사용하여 생성된다.

단계(820)에서, 프로세서(PU)는 이미지(814 및 814') 내의 상이한 격자의 이미지의 세기들을 비교하여 각각의 격자의 비대칭 측정치를 얻는다. 단계(822)에서, 복합 타겟 내의 다수의 격자의 측정된 비대칭성은 선결정된 공식 및/또는 캘리브레이션 곡선에 의해 변환되어, 관심 대상 파라미터의 측정치, 예컨대 오버레이(OV), 초점(F) 또는 선량(D)을 얻는다. 수학식은 적용된 바이어스 기법을 포함하여 타겟 구조체에 대한 지식으로부터 유도된다. 캘리브레이션 곡선은 타겟의 소정 범위에서의 비대칭 측정을 전자 현미경법(SEM, TEM)과 같은 다른 기법에 의해 이루어진 관심대상 파라미터의 측정과 비교함으로써 얻어질 수 있다.

예시된 프로세스는 관심 대상인 모든 타겟에 대해서 반복된다. 프로세스의 계산적 부분들은 시간과 공간적으로 이미지 캡쳐로부터 분리될 수 있다는 것에 주의한다. 물론 실시간이라면 바람직할 것이지만, 계산은 실시간으로 완료될 필요가 없다. 이미지의 캡쳐(802a) 등만이 기판이 있어야 이루어지며, 따라서 리소그래피 디바이스 제조 프로세스 전체의 생산성 쓰루풋에 영향을 준다.

위에서 언급된 바와 같이, 캡쳐된(802a) 이미지들의 갯수는 콤플렉스 방사선 필드를 계산하도록 선택되고 사용된 개수보다 더 클 수 있다. 사용된 개수는 요구 사항에 따라 선택될 수 있다. 이론 상, 오브젝트파와 레퍼런스파 사이에서 상이한(공지된) 위상 스텝별로 4개의 이미지가 캡쳐되면 명백한 진폭 및 위상 정보를 얻기에 충분할 것이다. 또는, 조명 방사선(630)의 상이한(공지된) 파장으로 4개의 이미지가 캡쳐되면 충분할 것이다. 측정 확실성을 향상시키기 위해 더 많은 개수가 사용될 수 있다. 계산을 위해 필요한 이미지의 개수는, 타겟 구조체 및 기판에 대한 지식을 사용하여 계산을 한정시킬 수 있다면 감소될 수 있다. 노이즈에 더 강건한 것으로 밝혀진 위상 스테핑 알고리즘이 알려져 있다. 예를 들어, 5-스텝 위상 천이 알고리즘이 위상 천이기 캘리브레이션에 더욱 강건하다. 위상 스텝이 동일하다면 그에 대한 지식을 요구하지 않는 멀티-스텝 알고리즘도 존재한다. 랜덤 위상 스텝 알고리즘도 역시 존재한다. 예를 들어, http://fp.optics.arizona.edu/jcwyant/Optics513/ChapterNotes/Chapter05/Notes/Phase%20Shifting%20Interferometry.nb.pdf에서 입수가능한 James C Wyant, "Phase Shifting Interferometry.nb.pdf", Optics 513 Chapter 5, Chapter Notes, 2011 을 참조한다.

위의 예에서, 콤플렉스 필드를 계산하는 단계(810) 및 합성 이미지를 계산하는 단계(814)는 순차적으로 분리된 것으로 도시된다. 이것은 실제로 진행될 편리한 방법일 수 있다. 그러나, 이론상으로는, 콤플렉스 필드를 명시적으로 계산하지 않고, 캡쳐된 이미지(802a) 등으로부터 합성 이미지(814)로의 직접적인 단일 계산에 진행되도록 이러한 계산들을 병합될 수 있다. 청구 범위는, 데이터의 별개의 어레이로서 콤플렉스 필드의 명시적 계산을 요구하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

공지된 암시야 이미징 산란계의 이미지 센서(23)에 의해서 보여질 타겟의 합성 이미지를 계산하는 것에 추가하여, 이러한 장치는 퓨필 이미지 센서에서 보여질 회절 패턴의 합성 이미지를 계산할 수 있다. 알려진 장치를 사용하면, 이러한 상이한 이미지를 얻기 위해서 수집된 방사선을 상이한 광학적 브랜치로 분할하는 것이 필요하지 않다.

무렌즈 이미징 알고리즘과 정렬 정보를 유도하는 것은, 소프트웨어 또는 다른 적합한 프로그래밍, 예를 들어 신호 프로세서의 프로그래밍, 게이트 어레이의 프로그래밍 등을 채용할 수 있다. 이러한 소프트웨어는 임의의 적합한 데이터 프로세서, 예컨대 마이크로콘트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 등에서 실행될 수 있다.

비록 본문에서 IC의 제조에서 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해서 특별히 언급하였지만, 본 명세서에서 설명되는 리소그래피 장치는 다른 응용 분야, 예컨대 집적 광 시스템의 제조, 자기장 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 평판-패널 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드, 등을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 당업자는, 이러한 다른 응용예의 문맥에서, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어의 임의의 사용은 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 기판은, 예를 들어 트랙(통상적으로 레지스트 층을 기판에 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 계측 툴 및/또는 검사 툴에서, 노광 전 또는 노광 후에 처리될 수 있다. 적용 가능한 범위에서, 본 명세서에서의 개시물은 이러한 기판 처리 툴 및 다른 기판 처리 툴에 적용될 수 있다. 또한, 예컨대 다층 집적회로를 생성하기 위하여 기판이 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 지칭할 수 있다.

비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시예의 사용에 대하여 이루어졌지만, 본 발명이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있고, 콘텍스트가 허용하는 경우 광 리소그래피로 제한되는 것이 아니라는 것이 인정될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.

본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.

본 명세서에 사용된 "렌즈"라는 용어는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자자기, 및 정전기 광 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 광 컴포넌트 중 임의의 것 또는 조합을 가리킬 수 있다.

비록 본 발명의 특정한 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

위의 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 의도로 제공된다. 따라서, 다음 진술되는 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 설명된 바와 같은 본 발명에 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (19)

1. 리소그래피 장치로서,
   기판을 홀딩하도록 구성되는 기판 테이블; 및
   상기 기판 테이블에 의해 홀딩되는 기판 상에 제공된 정렬 마크의 위치를 감지하도록 구성되는 센서를 포함하고,
   상기 센서는,
   상기 정렬 마크를 방사선 빔으로 조명하도록 구성되는 방사선 소스,
   상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔을 아웃포커스(out of focus) 광학 패턴으로서 검출하도록 구성되는 검출기, 및
   데이터 처리 시스템을 포함하며, 상기 데이터 처리 시스템은,
   - 상기 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고,
   - 무렌즈 이미징 알고리즘을 상기 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서는, 상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 상기 방사선 빔을 상기 검출기로 전파하도록 구성되는 광전파 경로를 포함하고, 상기 광전파 경로는 무렌즈 광전파 경로인, 리소그래피 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 센서는, 상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 상기 방사선 빔을 상기 검출기로 전파하도록 구성되는 광전파 경로를 포함하고, 상기 광전파 경로는 비-포커싱(non-focussing) 광전파 경로인, 리소그래피 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 데이터 처리 시스템은,
   - 수신된 이미지 데이터로부터 합성으로 포커싱된 이미지를 계산하고;
   - 계산된 합성으로 포커싱된 이미지로부터 상기 정렬 정보를 결정하도록 구성됨으로써, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방사선 소스는, 파장 파라미터를 수신하고 상기 파장 파라미터에 응답하여 상기 방사선 빔의 파장 범위를 제어하도록 구성되는 파장 선택 요소를 포함하고,
   상기 데이터 처리 시스템은, 수신된 이미지 데이터로부터의 합성 이미지를 상기 파장 파라미터의 함수로서 계산하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 리소그래피 장치는, 상기 기판 테이블에 의해 홀딩된 기판과 상기 검출기 사이의 광학 거리를 변경하도록, 상기 기판 테이블과 검출기를 서로에 대하여 이동시키도록 구성되고,
   상기 데이터 처리 시스템은 수신된 이미지 데이터로부터의 상기 정렬 정보를 상기 광학 거리의 함수로서 결정하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 데이터 처리 시스템은 반복적 재구성 알고리즘을 사용하여 상기 정렬 정보를 결정하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서는 레퍼런스 빔을 제공하도록 구성되는 방사선 빔 레퍼런스 경로를 포함하고, 상기 레퍼런스 빔은 상기 검출기에서 상기 방사선 빔과 상호작용하기 위한 것이며,
   상기 데이터 처리 시스템은 수신된 이미지 데이터로부터의 상기 정렬 정보를 결정하도록 구성되고, 상기 수신된 이미지 데이터는 상기 방사선 빔과 레퍼런스 빔 사이의 상호작용의 결과인, 리소그래피 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 방사선 빔 레퍼런스 경로는 가동 레퍼런스 구조체를 포함하고,
   상기 센서는 상기 레퍼런스 빔의 전파 경로의 광학 길이를 변경하도록 상기 레퍼런스 구조체를 이동시키도록 구성되며,
   상기 데이터 처리 시스템은 수신된 이미지 데이터로부터의 상기 정렬 정보를 상기 광학 길이의 함수로서 결정하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 방사선 소스는, 파장 파라미터를 수신하고 상기 파장 파라미터에 응답하여 상기 방사선 빔의 파장 범위를 제어하도록 구성되는 파장 선택 요소를 포함하고,
    상기 데이터 처리 시스템은, 수신된 이미지 데이터로부터의 상기 정렬 정보를 상기 파장 파라미터의 함수로서 결정하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 처리 시스템은, 수신된 이미지 데이터로부터 상기 합성 이미지를 결정함으로써 상기 수신된 이미지 데이터로부터의 상기 정렬 정보를 결정하고, 상기 합성 이미지로부터 상기 정렬 정보를 결정하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 처리 시스템은, 상기 합성 이미지를 상기 정렬 마크를 나타내는 기대된 이미지와 상관 및/또는 필터링하고, 상관 및/또는 필터링의 결과로부터 정렬 정보를 유도하도록 구성되는, 리소그래피 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 정렬 마크로부터 상기 검출기까지의 광로에 포커싱 광학 요소를 포함하지 않는, 리소그래피 장치.
14. 리소그래피 정렬 방법으로서,
    정렬 마크를 가지는 기판을 제공하는 단계,
    방사선 빔을 상기 정렬 마크 상에 방출하는 단계,
    검출기에 의하여, 상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔을 검출하는 단계 - 상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔은 아웃포커스 광학 패턴으로서 상기 검출기 상으로 투영됨 -,
    상기 검출기로부터, 상기 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하는 단계, 및
    무렌즈 이미징 알고리즘을 상기 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하는 단계를 포함하는, 리소그래피 정렬 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔은 광전파 경로를 따라 상기 검출기로 전파되고, 상기 광전파 경로는 무렌즈 광전파 경로인, 리소그래피 정렬 방법.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔은 광전파 경로를 따라 상기 검출기로 전파되고, 상기 광전파 경로는 비-포커싱 광전파 경로인, 리소그래피 정렬 방법.
17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하는 단계는,
    - 수신된 이미지 데이터로부터 합성으로 포커싱된 이미지를 계산하는 것; 및
    - 계산된 합성으로 포커싱된 이미지로부터 상기 정렬 정보를 결정하는 것을 포함하는, 리소그래피 정렬 방법.
18. 검출기로부터 아웃포커스 광학 패턴을 수신하기 위한 데이터 입력부를 포함하는 데이터 처리 시스템으로서,
    상기 아웃포커스 광학 패턴은 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔으로부터 나온 것이고, 상기 데이터 처리 시스템은,
    - 상기 데이터 입력부에서 상기 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고,
    - 무렌즈 이미징 알고리즘을 상기 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하도록 구성되는, 데이터 처리 시스템.
19. 데이터 처리 시스템에 의해 실행되기 위한 제어 소프트웨어로서,
    상기 제어 소프트웨어는,
    - 아웃포커스 광학 패턴을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고 - 상기 아웃포커스 광학 패턴은 정렬 마크와 상호작용한 바 있는 방사선 빔으로부터 나온 것임 -,
    - 무렌즈 이미징 알고리즘을 상기 아웃포커스 광학 패턴에 적용하는 것을 포함하여, 정렬 정보를 결정하기 위하여 상기 이미지 데이터를 처리하도록 구성되는, 데이터 처리 시스템.

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