KR20180045026A - 분광 빔 프로파일 오버레이 계측 - Google Patents

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Abstract

분광 빔 프로파일 계측 시스템이 큰 파장 범위 및 큰 입사각(AOI) 범위에 걸쳐 측정 신호들을 동시에 검출한다. 하나의 양태에서, 라인 성형된 빔의 방향이 오버레이 계측 타겟의 격자 구조의 범위 방향과 정렬되도록 다중 파장 조명 빔이 오버레이 계측 타겟 상에 투영되는 좁은 라인 성형된 빔으로 재성형된다. 수집된 광이 하나의 방향에서 AOI에 따라 그리고 다른 방향에서 파장에 따라 검출기에 걸쳐 분산된다. 각각의 검출기 화소에서의 측정된 신호는 특정 AOI 및 파장과 연관된다. 수집된 광은 1차 회절된 광, 0차 회절된 광, 또는 그 조합을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 1차 회절된 광 및 0차 회절된 광은 검출기의 별개의 영역들에 걸쳐 검출된다.

Description

분광 빔 프로파일 오버레이 계측
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 발명의 명칭이 "Spectroscopic BPR Method and Apparatus for Overlay Measurement"이고 2015년 9월 23일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 일련번호 62/222,314로부터 미국 특허법 제119조 하의 우선권을 주장하며, 그것의 발명의 요지는 그 전부가 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
설명된 실시형태들은 계측 시스템들 및 방법들에 관한 것이고, 더 상세하게는 반도체 제조 공정들과 반도체 제조 공정들에 의해 생성된 구조들을 특징화하는 파라미터들의 개선된 측정을 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
로직 및 메모리 디바이스들과 같은 반도체 디바이스들이 시편(specimen)에 적용된 공정 단계들의 시퀀스에 의해 통상적으로 제작된다. 반도체 디바이스들의 다양한 특징들 및 다수의 구조적 레벨들이 이들 공정 단계들에서 형성된다. 예를 들어, 무엇보다도 리소그래피가 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것을 수반하는 하나의 반도체 제작 공정이다. 반도체 제작 공정들의 추가적인 예들은, 화학-기계적 연마, 에치, 퇴적, 및 이온 주입을 비제한적으로 포함한다. 다수의 반도체 디바이스들은 단일 반도체 웨이퍼 상에 제작된 다음 개개의 반도체 디바이스들로 분리될 수도 있다.
계측 프로세스들이 더 높은 수율을 촉진하기 위해 반도체 제조 공정 동안 다양한 단계들에서 웨이퍼들 상의 결함들을 검출하는데 사용된다. 광학적 계측 기법들은 샘플 파괴의 위험 없이 고 스루풋 측정의 가능성을 제공한다. 산란계측 및 반사계측 구현예들 및 연관된 분석 알고리즘들을 포함하는 다수의 광학적 계측 기반 기법들이 나노스케일 구조들의 임계 치수들, 필름 두께들, 조성 및 다른 파라미터들을 특징화하기 위해 흔히 사용된다.
하나의 예에서, 이차원 빔 프로파일 반사계들(two-dimensional beam profile reflectometers)(2D-BPR) 시스템들이 반도체 샘플들의 측정들을 수행하기 위해 채용된다. 그러나, 현존 2D-BPR 시스템들은 측정 신호들을 한 번에 하나의 파장 취득한다. 이는 다수의 조명 파장들이 샘플을 정확하게 특징화하는데 필요할 때 이러한 시스템들의 스루풋을 제한한다.
다른 예에서, 분광 편광해석(spectroscopic ellipsometry, SE) 시스템들이 조명 파장들의 넓은 스펙트럼에 걸쳐 동시 측정들을 수행한다. 그러나, 현존 SE 시스템들은 하나의 입사각(angle of incidence, AOI)에서 한 번에 측정 신호들을 취득한다. 이는 다수의 AOI들이 샘플을 정확하게 특징화하기 위해 요구될 때 이러한 시스템의 스루풋을 제한한다.
다른 예에서, 오버레이 타겟들의 광학 기반 측정들은, 산란계측 오버레이(scatterometry overlay, SCOL) 기술을 사용하여, KLA-텐코 아이엔씨에 의해 제조된 오버레이 계측 도구들에 의해 수행된다. 현존 도구들은 SCOL 신호들을 취득 당 하나의 파장 취득한다. 제어 시스템이 각각의 상이한 취득에서 조명 파장을 변경하기 위해 채용된다. 예시적인 도구들은 상이한 선택가능 파장들에서 조명 광을 제공하기 위해 다수의 다이오드 레이저 광원들 또는 튜닝가능 레이저 광원들을 채용한다.
또 다른 예에서, 오버레이 타겟들의 광학 기반 측정들은 ASML 홀딩 NV에 의해 제조된 오버레이 계측 도구들에 의해 수행된다. 이들 도구들의 일부에서, 제어 시스템이 빔 경로에서의 광 필터들을 각각의 취득 시 선택함으로써 각각의 상이한 취득에서 조명 파장을 변경하는데 채용된다.
이들 예들에서, 오버레이 타겟의 반사도(reflectance) 측정들은 각각의 파장에서 따로따로 취득된다. 데이터 취득에 대한 이 순차적 접근법은 다수의 파장들에서 데이터를 취득하고 측정 레시피들을 생성하는데 요구되는 시간을 증가시킨다. 더욱이, 조명 시스템은 상이한, 선택가능 파장들에서 조명 광을 제공하도록 구성되어야만 하며, 이는 시스템 복잡도를 증가시킨다.
오버레이 타겟들의 측정을 수반하는 계측 응용들이 점점 더 적은 분해능 요건들 및 스루풋 요건들로 인한 도전과제들을 제시한다. 따라서, 개선된 오버레이 측정들을 위한 방법들 및 시스템들이 요망된다.
넓은 범위의 입사각들 및 넓은 범위의 파장들에 걸친 수집되는 광의 동시 검출을 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에서 제시된다.
하나의 양태에서, 분광 빔 프로파일 계측 시스템이 다수의 파장들을 갖는 광의 시준된 빔을 방출하는 광원을 포함한다. 빔 성형 옵틱스는 광의 시준된 빔을 광의 좁은 라인 빔(예컨대, 시트 형 단면)으로 재성형시킨다. 조명 광의 좁은 라인 성형된 빔은 고 개구수(numerical aperture, NA) 대물렌즈를 통과하며 그 대물렌즈는 광의 좁은 라인 빔을 넓은 범위의 입사각들을 통해 오버레이 계측 타겟 상에 투영한다. 광의 좁은 라인 성형된 빔은 라인 성형된 빔의 방향이 오버레이 계측 타겟의 격자 구조의 범위 방향(direction of extent)과 정렬되도록 오버레이 계측 타겟 상에 투영된다. 오버레이 계측 타겟과의 상호작용 후, 수집된 광은 하나의 방향에서 AOI에 따라 그리고 다른 방향에서 파장에 따라 검출기에 걸쳐 분산된다. 이런 방식으로, 이차원 검출기는 각도 신호 정보(예컨대, 입사각) 및 스펙트럼 정보 둘 다를 동시에 검출한다. 따라서, 각각의 검출기 화소에서의 측정된 신호는 특정 AOI 및 파장과 연관된다.
일부 예들에서, 1차 회절 차수들(예컨대, +1 및 -1)의 조명된 측정 부위로부터 회절된 광이 수집된다. 일부 예들에서, 0 회절 차수에서 조명된 측정 부위로부터 회절된 광이 수집된다. 일부 다른 예들에서, 0차 및 1차 회절된 광이 수집된다. 이들 예들에서, 1차 회절된 광 및 0차 회절된 광은 검출기의 별개의 영역들에 걸쳐 검출된다.
추가의 양태에서, 파장(즉, 에너지) 분산 엘리먼트가 검출기 전의 빔 경로에 위치된다. 파장 분산 엘리먼트는 측정 광의 수집된 빔을 파장에 따라 이차원 검출기 상에 분산시킨다. 일부 예들에서, 파장 분산 엘리먼트가 단지 0차 회절된 광으로서만 역할을 한다. 그러나, 일부 다른 예들에서, 파장 분산 엘리먼트가 1차 회절된 광으로서 역할을 하고 오버레이 계측 타겟 자체와의 광 상호작용으로부터 도출된 임의의 파장 분산 효과를 향상시킨다.
다른 추가의 양태에서, 둘 이상의 검출기들이 신호들을 동시에 또는 순차적으로 검출하기 위해 수집 경로에서 채용된다. 각각의 검출기 쌍이 상이한 파장 범위들을 검출하도록 구성된다. 이는, 단일 검출기 및 파장 분산 엘리먼트가 전체 파장 범위에 걸쳐 충분한 정확도로 측정할 수 없는 넓은 파장 범위들에 걸친 측정들에 유리할 수도 있다.
다른 추가의 양태에서, 오버레이 타겟이 좁은 라인 성형된 조명 빔을 오버레이 타겟에 대해 90 도만큼 회전시킴으로써 두 개의 직교 방향들에서 측정된다. 파장 분산 엘리먼트가 이용되면, 파장 분산 엘리먼트는 또한 파장 분산 방향을 검출기 상에 투영되는 바와 같은 90 도만큼 회전시키도록 회전되거나 또는 그렇지 않으면 이동되거나 또는 대체된다.
다른 추가의 양태에서, 선택가능 조명 개구부(aperture)들과 선택가능 수집 개구부들이 상이한 타겟들의 측정을 가능하게 하도록 구성된다.
추가의 양태에서, 분광 빔 프로파일 계측 시스템은 오버레이 측정의 정확도 및 정밀도를 개선하기 위해 취득된 파장들 및 입사각들의 서브세트를 선택하도록 구성된다. 적절한 파장 및 AOI 범위는 공정 변동으로 인해 부위마다 변화할 수도 있다.
다른 추가의 양태에서, 분광 빔 프로파일 계측 시스템은 오버레이 측정의 정확도 및 정밀도를 개선하기 위해 취득된 파장들 및 입사각들을 평가하도록 구성된다. 전통적으로, 신호 선택 및 가중이 AOI 단독에만 기초하지만, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 신호 선택 및 가중은 동시에 수집된 AOI 및 파장 데이터 둘 다에 기초한다.
다른 추가의 양태에서, 훈련된 SRM(signal response metrology) 모델 또는 SPI(single parameter isolation) 모델이 오버레이 값들을 결정하기 위해 취득된 측정 신호들에 적용된다. SRM 및 SPI 모델들은 오버레이 기준 데이터에 기초하여 훈련된다.
다른 추가의 양태에서, 공간적 광 변조기(spatial light modulator, SLM)가 조명 경로, 수집 경로, 또는 둘 다에 위치된다. SLM은, 파두(wavefront) 에러들을 감소시키고 빔의 진폭 및 위상 분포를 성형하기 위해, 조명 광, 수집된 광, 또는 둘 다의 경로에 걸쳐 진폭, 위상 분포, 또는 둘 다를 변조하도록 구성된다. 추가의 양태에서, 공간적 광 변조기는 조명 빔에 걸친 위상 분포의 프로그램가능 구성을 가능하게 한다. 이는 수차들을 정정하거나 또는 오염 신호들을 상쇄하기 위해 채용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, SLM은 변형가능 거울 어레이이다.
다른 추가의 양태에서, 편광 엘리먼트가 대물렌즈 전의 조명 경로에 위치된다. 일부 실시형태들에서, 정적 편광기가 채용된다. 이들 실시형태들에서, 상이한 두 개의 편광 성분들이 별개의 검출기들에 의해 검출될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 연속 회전 편광기가 구현된다. 이들 실시형태들에서, 분석기 엘리먼트가 대물렌즈 후의 수집 경로에 위치된다.
다른 추가의 양태에서, 보상기가 편광기 후의 조명 경로에 추가되고 다른 보상기가 분석기 전의 수집 경로에 추가된다.
다른 추가의 양태에서, 빔 성형 옵틱이 조명 경로에 위치된다. 빔 성형 옵틱은 좁은 라인 빔 조명을 원하는 방위각으로 회전시키도록 구성된다. 좁은 라인 빔 조명을 빔 축에 대해 회전시킴으로써, 유효 방위각은 변화된다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 퓨필(pupil) 평면의 매핑을 가능하게 하기 위해 AOI 방향을 따라 조명 빔을 스캔하도록 구성된다. 추가의 양태에서, 이 퓨필 스캐닝 메커니즘은 타겟 잡음에 대한 평균화, 코히어런스 효과들의 감소, 및 개선된 정확도를 가능하게 하기 위해 필드 평면을 스캔하는 제2 스캐닝 메커니즘으로 또한 보완될 수도 있다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 공통 경로 및 수집 경로에서 빔 성형 옵틱스를 포함한다. 이런 방식으로, 빔 형상은 대물렌즈 및 임의의 파장 분산 엘리먼트들에 진입하기 전에만 좁은 라인 형상이다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 두 개의 파장 분산 엘리먼트들 및 대응하는 두 개의 검출기들을 포함한다. 하나의 검출기는 측정 하에 시편의 퓨필 측정들을 수행하도록 구성된다. 다른 검출기는 동일한 시편의 필드 측정들을 수행하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 필드 및 퓨필 둘 다의 측정 신호들이 동시에 검출된다. 검출된 신호들은 하나 이상의 구조적 또는 공정 파라미터 값들을 추정하기 위해 반복적으로 프로세싱된다. 더 구체적으로는, 적어도 하나의 측정 타겟에 연관된 적어도 하나의 구조적 또는 공정 파라미터의 값은 퓨필 측정 모델을 이용한 퓨필 측정 신호들의 반복 회귀 및 필드 측정 모델을 이용한 필드 측정 신호들의 회귀에 기초하여 결정된다.
일부 실시형태들에서 필드 및 퓨필 측정 신호들 둘 다는 하나 이상의 구조적 또는 공정 파라미터 값들을 추정하기 위해 조합된 분석에서 프로세싱된다. 이들 예들에서, 측정 모델은 퓨필 및 필드 둘 다의 측정들을 위해 계측 타겟(들)의 구조적 파라미터들, 재료 파라미터들, 또는 구조적 및 재료 파라미터들의 조합을 링크시키는 조합된 측정 모델이다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 대물렌즈 전의 측정 경로에서 빔 결합 엘리먼트를 포함한다. 자동초점 프로브 빔, 패턴 인식 프로브 빔, 또는 양쪽 모두의 조합이, 대물렌즈에 진입하기 전에 조명 빔과 결합되고, 자동초점 신호 빔, 패턴 인식 신호 빔, 또는 양쪽 모두의 조합이, 대물렌즈로부터 나온 후 수집 빔으로부터 추출된다.
다른 양태에서, 초분광(hyperspectral) 검출기가 분광 빔 프로파일 계측 시스템의 스펙트럼 성분을 검출하기 위해 채용된다.
전술한 바는 요약이고 따라서, 필요에 의해, 세부사항의 단순화, 일반화 및 생략을 포함하며; 결과적으로, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 이 요약은 단지 예시적인 것이고 임의의 방식으로 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다. 본 명세서에서 설명되는 디바이스들 및/또는 공정들의 다른 양태들, 발명적 특징들, 및 장점들은 본 명세서에서 언급되는 제한하지 않는 상세한 설명에서 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하기 위한 일 실시형태의 분광 빔 프로파일 계측 시스템(100)을 도시한다.
도 2는 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하기 위한 다른 실시형태의 분광 빔 프로파일 계측 시스템(200)을 도시한다.
도 3은 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하기 위한 다른 실시형태의 분광 빔 프로파일 계측 시스템(300)을 도시한다.
도 4는 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하기 위한 다른 실시형태의 분광 빔 프로파일 계측 시스템(400)을 도시한다.
도 5는 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하기 위한 다른 실시형태의 분광 빔 프로파일 계측 시스템(500)을 도시한다.
도 6은 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하기 위한 다른 실시형태의 분광 빔 프로파일 계측 시스템(600)을 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 명세서에서 설명되는 분광 빔 프로파일 계측 시스템들에서 빔 결합 엘리먼트로서 채용되는 절반 폴드 거울(150)을 묘사한다.
도 7d 내지 도 7f는 본 명세서에서 설명되는 분광 빔 프로파일 계측 시스템들에서 빔 결합 엘리먼트로서 채용되는 4-셀 폴드 거울(155)을 묘사한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 명세서에서 설명되는 분광 빔 프로파일 계측 시스템들에서 빔 결합 엘리먼트로서 채용되는 좁은 라인 성형된 거울(160)을 묘사한다.
도 8d 내지 도 8f는 본 명세서에서 설명되는 분광 빔 프로파일 계측 시스템들에서 빔 결합 엘리먼트로서의 좁은 라인 성형된 거울(165)을 묘사한다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 예시적인 세 개의 측정 응용들을 위한 조명 및 수집 개구부 선택들을 묘사한다..
도 10a 내지 도 10c는 각각 상이한 세 개의 방위각 선택들에 연관된 빔 세기 프로파일들을 묘사한다.
도 11a 및 도 11b는 상이한 두 개의 방위각 선택들 및 AOI 선택에 연관된 빔 세기 프로파일들을 묘사한다.
도 12a 및 도 12b는 샘플로부터 0차 회절된 광을 수집하기 위해 AOI 범위를 제한하는 상이한 두 개의 조명 아포다이저(apodizer) 및 수집 개구부 선택들에 연관된 빔 세기 프로파일들을 예시한다.
도 13은 조명 경로에 위치된 스캐닝 거울(143)의 배향에서의 변화들로 인한 분광 BPR 시스템에서 빔 세기 프로파일에서의 시프트를 묘사한다.
도 14는 시편 상에 배치된 예시적인 네 개의 셀 오버레이 타겟(210)을 도시한다.
도 15는 x-방향에서 조명의 좁은 라인 성형된 빔에 의해 조명되는 오버레이 계측 타겟의 셀을 묘사한다.
도 16은 하나의 방향에서 입사각에 따라 그리고 다른 방향에서 파장에 따라 분산된 입사 1차 회절된 광을 묘사한다.
도 17은 하나의 방향에서 입사각에 따라 그리고 다른 방향에서 파장에 따라 분산된 0차 회절된 광을 묘사한다.
도 18은 하나의 방향에서 입사각에 따라 그리고 다른 방향에서 파장에 따라 분산된 입사 0차 및 1차 회절된 광을 묘사한다.
도 19는 y-방향에서 조명의 좁은 라인 성형된 빔에 의해 조명되는 오버레이 계측 타겟의 셀을 묘사한다.
도 20은 하나의 방향에서 입사각에 따라 그리고 다른 방향에서 파장에 따라 분산된 입사 1차 회절된 광을 묘사한다.
도 21은 하나의 방향에서 입사각에 따라 그리고 다른 방향에서 파장에 따라 분산된 0차 회절된 광을 묘사한다.
도 22는 각각 도 1 내지 도 5에서 예시된 계측 시스템들(100, 200, 300, 400, 및 500)과 같은 분광 빔 프로파일 계측 시스템에 의한 구현예에 적합한 방법(700)을 예시하는 흐름도이다.
본 발명의 배경 예들과 일부 실시형태들이 이제 상세히 참조될 것인데, 그 예들이 첨부된 도면들에서 도시된다.
분광 빔 프로파일 계측을 이용한 오버레이 측정을 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에서 제시된다. 분광 빔 프로파일 계측 시스템의 여러 실시형태들이 예시 목적으로 본 명세서에서 제시된다. 이들 실시형태들에서, 오버레이 측정 신호들은 큰 파장 범위 및 큰 입사각 범위에 걸쳐 동시에 검출된다. 파장 및 입사각의 큰 범위들을 갖는 오버레이 신호들 동시에 취득함으로써, 최적의 파장 및 AOI 범위들이 각각의 특정 측정 응용을 위해 빠르게 식별될 수도 있다. 덧붙여서, 하나 이상의 광대역 조명 소스들이 파장들의 범위에 걸쳐 조명을 동시에 제공하기 위해 채용될 수도 있다.
격자 측정들이 오버레이의 측정에 특히 관련된다. 오버레이 계측의 대물렌즈는 상이한 리소그래픽 노출 단계들 사이의 시프트들을 결정하는 것이다. 온-디바이스 오버레이 계측을 수행하는 것은 온-디바이스 구조들의 작은 사이즈, 및 통상적으로 작은 오버레이 값으로 인해 어렵다.
예를 들어, 전형적인 스크라이브 라인 오버레이 계측 타겟들의 피치는 200 나노미터부터 2,000 나노미터까지 가변한다. 하지만, 온-디바이스, 오버레이 계측 구조들의 피치는 통상적으로 100 나노미터 이하이다. 덧붙여서, 공칭 생산 환경에서, 디바이스 오버레이는 디바이스 구조의 주기의 단지 작은 분율이다. 그 반면, 산란계측 오버레이에서 사용되는 프록시 계측 구조들은 오버레이에 대한 신호 민감도를 향상시키기 위해, 더 큰 값들, 예컨대, 피치의 1/4으로 빈번하게 오프셋된다. 본 명세서에서 설명되는 방법들 및 시스템들은 온-디바이스 구조들, 프록시 구조들, 또는 둘 다에 기초하여 오버레이에 민감한 측정 신호를 획득하기 위해 채용될 수도 있다.
하나의 양태에서, 분광 빔 프로파일 계측 시스템이 다수의 파장들을 갖는 광의 시준된 빔을 방출하는 광원을 포함한다. 빔 성형 옵틱스는 광의 시준된 빔을, 광의 좁은 라인 빔을 오버레이 계측 타겟의 표면 상에 투영하는 고 개구수(NA) 대물렌즈를 통과하는 광의 좁은 라인 빔(예컨대, 시트 형 단면)으로 재성형한다. 좁은 광 빔은 넓은 범위의 입사각들에 걸친 측정 하에서 오버레이 계측 타겟의 격자 방향과 정렬된다.
일부 예들에서, 분광 빔 프로파일 계측 시스템은 분광 빔 프로파일 반사계(BPR) 시스템이다. 이들 예들에서, 각각의 화소에서의 검출된 측정 신호들은 특정 AOI 및 특정 파장에 대한 반사율(reflectivity) 신호를 나타낸다.
도 1은 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 오버레이를 측정하는 시스템(100)을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 시편(112) 상에 배치된 오버레이 타겟의 퓨필 측정들을 수행하는데 사용될 수도 있다. 퓨필 측정들은 이차원 검출기에 걸쳐 분산된 파장 및 AOI 둘 다의 정보를 포함한다. 이 양태에서, 시스템(100)은 분광 빔 프로파일 반사계(BPR)로서 구성될 수도 있다. 시스템(100)은 다중 파장 조명 소스(101), 빔 성형 옵틱스(107), 고 개구수(NA) 대물렌즈(111)(예컨대, NA > 0.7), 파장 분산 엘리먼트(117)(옵션적임), 및 이차원 검출기(118)를 포함한다. 검출기(118)는 시편(112)으로부터 AOI의 범위 및 파장들의 범위에 걸쳐 반사율 신호들을 동시에 취득한다. 반사율 신호들(135)은 오버레이 값들을 추정하기 위해 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 프로세싱된다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 시스템(100)은 다수의 파장들을 갖는 어떤 양의 조명 광(119)을 생성하는 조명 소스(101)를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 조명 소스(101)는 아크 램프(예컨대, 제논 램프), 레이저 구동 광원, 다중 파장 레이저, 초연속(supercontinuum) 레이저 등과 같은 광대역 조명 소스이다. 일부 다른 실시형태들에서, 조명 소스(101)는 다수의 단일 파장 레이저들, 튜닝가능 협대역 레이저들 등과 같은 다수의 협대역 광원들을 결합한다. 일부 실시형태들에서, 조명 소스(101)는 광대역 및 협대역 조명 소스들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 조명 소스(101)는 심자외선(deep ultraviolet), 자외선, 가시광, 근적외선, 및 적외선 스펙트럼들에 걸쳐 광을 방출하는 다수의 광원들을 포함한다. 다수의 광원들이 하나 이상의 슬라이딩 거울들, 빔 스플리터들, 또는 임의의 다른 적합한 구성에 의해 조합될 수도 있다. 대체로, 조명 소스(101)는 광원들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 하나의 예에서, 조명 소스(101)는 100 나노미터와 2,500 나노미터 사이의 파장들의 범위에 걸쳐 있는 하나 이상의 광원들을 포함한다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 다중 파장 조명 광(119)은 시준 옵틱스(102)를 통과한다. 시준 옵틱스(102)는 다중 파장 조명 광(119)을 시준시킨다. 시준 옵틱스(102)는 렌즈 컴포넌트들, 거울 컴포넌트들, 또는 양쪽 모두의 조합을 포함한다. 하나의 실시형태에서, 다중 파장 조명 광(119)은 오프-축 포물면 거울(off-axis parabolic mirror, OAP)에 의해 시준되고 시준된 원형 빔이 된다. 일부 예들에서, 시준 옵틱스(102)는 조명 NA를 조정하도록 구성된다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 시준 옵틱스(102)에 의해 시준된 다중 파장 조명 광은 하나 이상의 컬러 필터들(103)을 통과한다. 컬러 필터들(103)은 측정 목적으로 하나 이상의 조명 파장(들) 및 대응하는 파장 범위(들)를 선택하고, 원치 않는 파장들을 흡수하거나, 또는 그렇지 않으면 분산시킨다. 하나 이상의 컬러 필터들(103)은 하나 이상의 광 필터들, 하나 이상의 컬러 필터 휠들, 하나 이상의 선형 가변 에지 필터들 등을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 컬러 필터들(103)은 하나 이상의 롱 패스 필터들, 저역 통과 필터들, 대역-통과 필터들 등을 포함할 수도 있다. 대체로, 주어진 측정 응용에 적합한 하나 이상의 파장 범위들을 선택하는 것이 유리하다.
비록, 도 1에 묘사된 바와 같이, 시스템(100)은 하나 이상의 컬러 필터들(103)을 포함하지만, 일부 다른 실시형태들에서, 컬러 필터들은 채용되지 않을 수도 있다. 따라서, 대체로, 컬러 필터들의 사용은 옵션적이다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 다중 파장 조명 광(119)은 대물렌즈(111) 전의 조명 경로에 위치된 빔 성형 옵틱스(107)을 통과한다. 빔 성형 옵틱스(107)는 입사하는 빔을 좁은 라인 형상으로 재성형하도록 구성된다. 대체로, 다중 파장 조명 광(119)은 이차원 세기 단면을 가진다. 도 1에 묘사된 바와 같이, 다중 파장 조명 빔은 원형 세기 단면(107A)을 가진다. 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후, 다중 파장 조명 빔은 대략 일차원인 좁은 라인 세기 단면(107B)을 가진다(즉, 세기 단면은 하나의 차원에서 실질적으로 연장하고, 직교 차원에서 실질적으로 연장하지 않는다). 빔 성형 옵틱스(107)가 없다면, 조명 광의 빔(119)은 공간적으로 분리된 방위각 및 AOI 성분들로 시편(112) 상에 투영될 것이다. 그러나, 빔 성형 옵틱스(107)에 의한 재성형 후, 방위각 성분들은 라인(107B)을 가로지르는 방향에서, 사실상 단일 방위각 값으로, 축소되는 반면, AOI 성분들은 라인(107B)을 따르는 방향에서 유지된다. 비록 방위각 정보가 소실되지만, 이는 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 파장 정보의 검출을 가능하게 한다.
빔 성형 옵틱스(107)는 다중 파장 조명 빔을 원형 형상으로부터 라인 형상으로 무시할만한 광 손실로 재성형한다. 따라서, 분광 BPR 시스템은 매우 높은 광 효율을 가진다. 이는 짧은 획득시간들로 오버레이의 측정들을 가능하게 한다.
하나의 실시형태에서, 실린더형 거울들의 쌍이 입사하는 빔을 좁은 라인 형상으로 성형하기 위해 채용된다. 다른 실시형태들에서, 실린더형 렌즈, 공간적 광 변조기(SLM), 회절 광학 엘리먼트, 슬릿, 또는 슬릿들의 그룹, 둘 이상의 변형가능 거울들, 또는 다른 적합한 엘리먼트들이 빔을 좁은 라인 형상으로 성형하기 위해 채용된다. 일부 실시형태들에서, 피에조 구동 거울이 좁은 라인 성형된 빔을 샘플 표면을 따라 이동시키기 위해 조명 경로에 위치된다.
대체로, 입사하는 빔은 임의의 대략 일차원 형상으로 성형될 수 있다. 타겟 피처들, 시스템 수차들(표준 또는 필드 의존성임), 웨이퍼 형상 등과 같은 특정 측정 응용 팩터들에 의존하여, 본 명세서에서 설명되는 방법들 및 시스템들에 따라 동시 각도 및 스펙트럼 정보의 수집을 가능하게 하는 도트들, 아크들, 만곡형 라인들 또는 임의의 다른 적합한 형상과 같은 다른 형상들이 예상될 수도 있다.
빔 성형 옵틱스(107)에 의한 재성형 후, 좁은 라인 조명 빔은 조명 빔 스플리터(109)로 진행된다. 조명 빔 스플리터(109)는 큐빅 빔 스플리터, 금속 코팅 판, 이색 광학 코팅 판, 또는 다른 빔 분리 메커니즘을 비제한적으로 포함하는 임의의 적합한 빔 분리 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 조명 빔 스플리터(109)는 시준된 좁은 라인 조명의 부분을 대물렌즈(111)로 진행시키고 다른 부분을 세기 모니터(110)로 진행시킨다. 일부 실시형태들에서, 세기 모니터(110)는 컴퓨팅 시스템(130)에 통신적으로 커플링되고 전체 조명 세기, 조명 세기 프로파일, 또는 둘 다의 표시를 컴퓨팅 시스템(130)에 제공한다. 대물렌즈(111)는 시준된 좁은 라인 조명을 넓은 범위의 입사각들을 통해 시편(112)의 표면으로 진행시킨다. 시편(112)의 표면으로부터 반사된, 회절된, 및 산란된 광은 대물렌즈(111)에 의해 수집된다.
바람직한 실시형태에서, 대물렌즈(111)는 본 명세서에서 설명되는 분광 BPR 시스템들에 의해 잠재적으로 채용되는 파장들의 범위를 수용하는 반사성 광학 표면들만을 포함한다. 일부 예들에서, 리플랙시콘(reflaxicon) 대물렌즈가 채용된다. 이러한 대물렌즈는 높은 NA(예컨대, NA > 0.9)가 가능하다.
일부 실시형태들에서, 대물렌즈(111)의 설계는 실질적으로 일차원 빔들에 대해 최적화될 수도 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(111)에 진입하는 조명 빔의 세기 단면이 실질적으로 일차원(예컨대, 좁은 라인 형상)이기 때문이다.
일부 실시형태들에서, 다수의 대물렌즈들이 가동 스테이지(예컨대, 모터달린 대물렌즈 터릿(motorized objective turret) 또는 모터달린 선형 대물렌즈 체인저(changer)) 상에 위치된다. 이런 방식으로, 특정 대물렌즈의 선택은, 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 프로그래밍가능하게 제어될 수도 있다. 이런 방식으로, 상이한 대물렌즈들은 상이한 측정 응용들에 대해 최상의 파장 범위 및 NA 범위를 제공하도록 이용 가능하게 될 수도 있다.
대체로, 고 NA 대물렌즈(111)는 반사형(catoptric)(즉, 모두 반사 표면들), 반사굴절형(catadioptric)(즉, 반사 및 굴절 둘 다의 표면들의 조합), 또는 굴절형(dioptric)(즉, 모두 굴절 표면들)일 수도 있다.
도 14는 시편(112) 상에 배치된 예시적인 네 개의 셀 오버레이 타겟(210)을 도시한다. 오버레이 타겟(210)은 네 개의 셀들(211A~211D)을 포함한다. 각각의 셀은 하나의 차원에서 다른 격자 구조로부터 오프셋되는 격자 구조를 포함한다. 두 개의 격자 구조들은 하나의 방향에서 공지된, 프로그래밍된 오프셋 및 미지의 오버레이 오프셋만큼 서로로부터 오프셋되는 명목상 동일한 구조이다. 예를 들어, 셀(211A)은 프로그래밍된 오프셋(fx) 및 미지의 오버레이 오프셋(OVLx)만큼 x-방향에서 서로로부터 오프셋되는 두 개의 격자 구조들을 포함한다. 마찬가지로, 셀(211D)은 x-방향에서 반대로 프로그래밍된 오프셋(-fx)과 동일한 방향에서 미지의 오버레이 오프셋(OVLx)만큼 서로 오프셋되는 두 개의 격자 구조들을 포함한다. 셀들(211A 및 211D)로부터 수집된 측정 데이터를 비교함으로써, 프로그래밍된 오프셋의 효과들은 상쇄되어, x-방향에서 미지의 오버레이 값을 노출시킨다.
마찬가지로, 셀(211B)은 y-방향에서 프로그래밍된 오프셋(fy) 및 미지의 오버레이 오프셋(OVLy)만큼 서로로부터 오프셋되는 두 개의 격자 구조들을 포함한다. 마찬가지로, 셀(211C)은 y-방향에서 반대로 프로그래밍된 오프셋(-fy)과 동일한 방향에서 미지의 오버레이 오프셋(OVLy)만큼 서로 오프셋되는 두 개의 격자 구조들을 포함한다. 셀들(211B 및 211C)로부터 수집된 측정 데이터를 비교함으로써, 프로그래밍된 오프셋의 효과들은 상쇄되어, y-방향에서 미지의 오버레이 값을 노출시킨다.
하나의 양태에서, 조명 광의 좁은 라인 성형된 빔은 좁은 라인 성형된 빔의 방향이 측정 하에서 특정 계측 타겟의 격자 방향과 정렬되도록 계측 타겟에 투영된다.
도 15는 빔 성형 옵틱스(107)에 의해 생성되고 대물렌즈(111)에 의해 셀(211C) 상에 투영된 좁은 라인 성형된 빔(215)에 의해 조명되는 셀(211C)을 묘사한다. 도 15에 묘사된 바와 같이, 좁은 라인 성형된 빔(215)은 시편(112)의 표면에서 대물렌즈 퓨필(216) 내에 놓이고 셀(211C)의 격자 구조의 범위 방향(즉, x-방향)에 평행한 방향으로 연장한다. 예를 들어, 격자 구조는 x-방향으로 연장하는 주기적 라인들 및 공간들을 포함할 수도 있다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 대물렌즈(111)에 의해 수집된 광은 퓨필 검출 경로를 통해 이차원 검출기(118)로 진행된다. 일부 실시형태들에서, 검출기(118)는 이차원 전하 결합 소자(two dimensional charge coupled device, 2D-CCD)이다. 일부 다른 실시형태들에서, 검출기(118)는 이차원 또는 삼차원 상보성 금속 산화물 반도체(complementary metal oxide semiconductor, CMOS) 센서이다. 대체로, 검출기(118)는 두 개의 차원들로 배열된, 따로따로 어드레싱 가능한 화소들, 또는 다른 광학적으로 민감한 엘리먼트들을 갖는 임의의 검출기일 수도 있다. 이런 방식으로, AOI 정보 및 파장 정보 둘 다는 시스템(100)에 의해 따로따로 분석된다.
도 1에 묘사된 실시형태에서, 퓨필 검출 경로는 수집된 광을 파장 분산 엘리먼트(117)로 진행시키는 퓨필 릴레이 옵틱스(116)를 포함한다. 파장 분산 엘리먼트(117)는 수집된 광을 파장에 따라 이차원 검출기(118)의 하나의 차원에 걸쳐 분산시킨다. 파장 분산 엘리먼트(117)는 이차원 검출기(118)의 표면 상의 파장 분산 방향이 AOI에 따라 수집된 광의 분산 방향에 수직이도록 배향된다. 이런 방식으로, 이차원 검출기는 각도 신호 정보(예컨대, 입사각) 및 스펙트럼 정보 둘 다를 동시에 검출한다.
하나의 실시형태에서, 검출기(118)의 하나의 차원이 좁은 라인 빔의 투영 방향과 정렬된다. 이 차원(즉, 라인 빔 방향에 평행한 방향)에서 좁은 라인 빔은 검출기(118) 상으로 입사각(AOI)의 함수로서 분산된다. 파장 분산 엘리먼트(117)는 파장 분산 방향이 좁은 라인 빔에 수직이도록 배향된다. 따라서, 좁은 라인 빔은 검출기 상에서 이차원 검출기의 제2, 직교 차원에서의 파장의 함수로서 분산된다. 그 결과, 검출기(118)의 각각의 화소에서의 검출된 측정 신호들은 특정 AOI 및 특정 파장에 대한 산란계측 신호를 나타낸다.
반사 격자가 넓은 파장 범위들에 바람직하다. 격자 밀도는 측정 응용을 위한 파장 분해능을 성취하도록 선택된다. 예를 들어, 자외선 스펙트럼에서의 높은 파장 분해능이 요구되면, 고 밀도 반사 격자 또는 프리즘이 바람직하다. 대체로, 파장 분산 엘리먼트(117)는 적어도 하나의 만곡형 회절 격자, 평면 회절 격자, 홀로그램 판, 프리즘, 또는 수집된 광을 파장에 따라 공간적으로 분산시키기에 적합한 임의의 다른 엘리먼트를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 오버레이 타겟 자체는 입사 광을 파장(즉, 에너지)에 따라 분산시키고 분산된 광은 파장 분산 엘리먼트(117)를 채용하는 일 없이 분광 빔 프로파일 계측 시스템(100)의 이차원 검출기(118)에 의해 수집되고 검출된다. 하나의 실시형태에서, 검출기의 하나의 차원은 라인 빔 방향에 따라 정렬된다. 이 차원(즉, 라인 빔 방향에 평행한 방향)에서 좁은 라인 빔은 검출기 상으로 입사각(AOI)의 함수로서 분산된다. 이차원 검출기의 제2, 직교 차원에서 좁은 라인 빔은 검출기 상에서 파장의 함수로서 분산된다. 따라서, 각각의 화소에서의 검출된 측정 신호들은 특정 AOI 및 특정 파장에 대한 산란계측 신호를 나타낸다.
다른 양태에서, 오버레이 타겟의 분광 빔 프로파일 측정들이 오버레이 타겟으로부터 0차 회절 차수, +1 및 -1 회절 차수들, 또는 그 조합으로 회절된 검출된 광에 기초하여 수행된다.
대부분의 오버레이 측정 타겟들(예컨대, SCOL 타겟)이 이차원 격자 구조들로서 설계되므로, 오버레이 타겟 자체는 분광 BPR 시스템(100)에서 파장 분산 엘리먼트로서 역할을 한다. 계측 타겟에 입사하는 좁은 라인 성형된 빔은, 예를 들어 도 15에 묘사된 바와 같이, 0차 및 더 높은 차수의 회절된 광을 생성한다. 수학식 (1)이 충족되면, 더 높은 차수의 빔이 고 NA 대물렌즈(111)에 의해 수집된다. 수학식 (1)에 관해, NA는 대물렌즈의 개구수이며, m은 회절 차수이며, λ는 조명 파장이고, d는 오버레이 타겟 피치 값이다.
Figure pct00001
(1)
하나의 예에서, 대물렌즈(111)의 개구수는 0.93이고 최소 조명 파장은 400 나노미터인 것으로 선택된다. 이 예에서, 오버레이 타겟 피치는 대물렌즈(111)가 +1 및 -1 회절 차수들에서 회절된 광을 수집하는 것을 보장하기 위해 적어도 431 나노미터이어야만 한다.
일부 실시형태들에서, SCOL 타겟의 분광 빔 프로파일 측정들은 1차 회절된 광(예컨대, +1 및 -1 회절 차수들)에 기초한다. 이들 실시형태들의 일부에서, SCOL 타겟은 분산 엘리먼트로서 역할을 하고 +1 및 -1 회절 차수 신호들은 입사각(AOI) 도메인 및 파장 도메인 둘 다에서 오버레이 정보를 동시에 기록하는 이차원 검출기에 의해 취득된다. 대체로, +1/-1 회절 차수 광에 기초한 오버레이 측정들은 20 나노미터 반도체 제작 노드에 대한 피치 설계 규칙을 고수하지 않는 비교적 큰 피치 값들(예컨대, 400 나노미터를 초과함)을 갖는 SCOL 타겟들에 적합하다.
도 15를 참조하여 설명된 바와 같이, 오버레이 타겟(210)의 셀(211C)의 격자 라인들은 웨이퍼 표면 상에 투영된 조명 라인에 평행하다. 도 16은 검출기(118)의 광 검출 표면(220)을 묘사한다. 검출기에서의 대물렌즈 퓨필 영역(221)의 투영은 도 16에서 또한 예시된다. 도 16에 묘사된 바와 같이, 오버레이 타겟으로부터 반사된 +/-1 회절 차수 신호들은 격자 라인들에 수직인 방향에서 파장 분산되고 격자 라인들에 평행한 방향에서 AOI에 따라 분산된다. 대물렌즈 퓨필 영역(221) 외부의 격자 타겟(211C)으로부터 회절된 광(즉, 더 큰 AOI 및 파장 값들)은 대물렌즈 렌즈에 의해 수집되지 않는다.
도 16에 묘사된 바와 같이, 하나의 예에서, 큰 피치 격자(예컨대, 450 나노미터를 초과하는 피치)가 본원에서 설명되는 바와 같이 측정된다. 검출기에서 취득된 신호들은 0 도와 65 도 사이의 AOI의 범위와 360 나노미터와 720 나노미터 사이의 파장들의 범위를 통해 +1차 및 -1차 둘 다의 SCOL 셀 반사도를 포함한다. 더욱이, 0차 신호는 추가적인 파장 분산 엘리먼트에 의해 분산되지 않는다. 따라서, 0차 신호는 검출기(118)의 표면(220) 상에 반사된 광의 좁은 라인 성형된 빔으로서 투영된다.
도 16에 묘사된 실시형태에서, 0차 광 및 +1/-1차 광이 검출되고 오버레이 값들을 추정하도록 분석을 위해 이용 가능하다. 그러나, 일부 실시형태들에서, 0차 광은 검출기(118)의 포화를 방지하기 위해 개구부에 의해 차단된다. 이들 실시형태들에서, +1/-1차 광만이 오버레이 값들을 추정하는 분석에 이용 가능하다.
일부 실시형태들에서, 오버레이 타겟의 분광 빔 프로파일 측정들은 수집 경로에 위치된 분산 엘리먼트에 의해 파장(즉, 에너지) 분산된 0차 회절된 광에 기초한다. 분산된 0차 신호는 입사각(AOI) 및 파장 도메인들 둘 다에서 오버레이 정보를 동시에 기록하는 이차원 검출기에 의해 취득된다.
가시 파장 광원(예컨대, 400 나노미터 내지 800 나노미터)을 사용할 때, +1/-1 회절 차수들로 회절된 광은 작은 격자 피치(예컨대, 200 나노미터 미만)를 갖는 오버레이 타겟들에 대해 실제 대물렌즈에 의해 캡처되지 않을 수 있다. 따라서, 이들 작은 피치 격자 구조들에 대해, 0차 광이 수집된다.
대체로, 0차 광에만 기초한 오버레이 측정들은 20 나노미터 반도체 제작 노드에 대한 피치 설계 규칙을 고수하는 작은 피치 값들(예컨대, 200 나노미터 미만)을 갖는 SCOL 타겟들에 적합하다.
이들 예들에서, 파장 분산 엘리먼트(117)와 같은 파장 분산 엘리먼트가 라인 성형된 빔을 라인 형상에 수직인 방향으로 분산시키기 위해 수집 경로에서 채용된다. 분산된 광은 이차원 검출기(118)에 의해 수집된다. 각각의 화소에서의 검출된 신호들은 각각의 특정 파장 및 AOI에서 0차 광의 반사도를 나타낸다. 도 17에 묘사된 바와 같이, 0차 광은 0과 65 도 사이의 입사각들의 범위에 걸쳐 그리고 360 나노미터와 900 나노미터 사이의 파장들의 범위에 걸쳐 수집된다.
일부 실시형태들에서, 오버레이 타겟의 분광 빔 프로파일 측정들은 수집 경로에 위치된 분산 엘리먼트에 의해 파장(즉, 에너지) 분산된 0차 회절된 광과, 1차 회절된 광(예컨대, +1 및 -1 회절 차수들)에 기초한다. 도 18에 묘사된 바와 같이, 오버레이 타겟(210)의 셀(211C)로부터 반사된 +/-1 회절 차수 신호들은 격자 라인들의 투영 방향에 평행한 방향에서 AOI에 따라 검출기(118)의 표면(220) 상으로 분산된다. 오버레이 타겟(210)의 셀(211C)로부터 반사된 +/-1 회절 차수 신호들은 AOI의 분산 방향에 수직인 방향에서 파장에 따라 또한 분산된다. 덧붙여서, 오버레이 타겟(210)의 셀(211C)로부터의 0차 신호들은 +1/-1 회절 차수 신호들과는 검출기(118)의 표면(220)의 상이한 영역 상으로 투영된다. 도 19에 묘사된 바와 같이, 오버레이 타겟(210)의 셀(211C)로부터 반사된 0차 회절 차수 신호들은 격자 라인들의 투영 방향에 평행한 방향에서 AOI에 따라 검출기(118)의 표면(220) 상으로 분산된다. 오버레이 타겟(210)의 셀(211C)로부터 반사된 0차 회절 차수 신호들은 AOI의 분산 방향에 수직인 방향에서 파장에 따라 또한 분산된다. 이런 방식으로, 0차 회절된 광과 +1/-1 회절 차수 광 둘 다는 입사각(AOI) 도메인 및 파장 도메인 둘 다에서 오버레이 정보를 동시에 기록하는 이차원 검출기에 의해 취득된다.
일부 실시형태들에서, 분산된 0차 빔은 검출기의 중간을 채우고 +/-1차 신호들을 정규화하는데 사용된다. 일부 실시형태들에서, 분산된 0차 빔은 검출기의 중간을 채우고 SCOL 타겟의 셀의 구조적 품질을 평가하는데 사용된다.
앞에서 설명된 바와 같이, 분광 빔 프로파일 계측 시스템은 측정 하의 오버레이 타겟으로부터 회절된 광을 분산하기 위해 검출기 전의 수집 경로에 파장(즉, 에너지) 분산 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 대체로, 파장 분산 엘리먼트는 오버레이 타겟으로부터 반사된 0차 빔, +1/-1 회절 차수 빔, 또는 그 조합을 분산시키기 위해 분광 빔 프로파일 계측 시스템에 의해 채용될 수도 있다. 파장 분산 엘리먼트는 검출된 파장들의 분해능을 증가시키기 위해 채용된다. 일부 예들에서, 오버레이 타겟 자체는 +1/-1 회절 차수들에서 일부 파장 분산을 제공한다. 그러나, 이들 예들에서, 빔이 검출기에 도달하기 전에 파장에 따라 신호를 추가로 분산하기 위해 수집 경로에서 파장 분산 엘리먼트를 채용하는 것이 유리할 수도 있다.
추가의 양태에서, 저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터, 또는 광 필터들의 임의의 적합한 조합이 SCOL 셀 피치 값에 기초하여 원하는 조명 파장 범위를 선택하기 위해 분광 빔 프로파일 계측 시스템의 조명 빔 경로에 선택 가능하게 위치된다. 대체로, 조명 파장 범위는 회절된 +1/-1 회절 차수 신호들의 충분한 파장 범위를 보장하도록 그리고 검출기 상에 상이한 회절 차수들의 중복을 피하도록 선택된다.
다른 추가의 양태에서, 소팅 필터(sorting filter), 핫 미러, 콜드 미러, 또는 광 필터들의 임의의 적합한 조합이 검출기 상의 상이한 회절 차수들의 중복을 피하기 위해 분광 빔 프로파일 계측 시스템의 수집 빔 경로에 선택 가능하게 위치된다.
일부 예들에서, SCOL 타겟의 격자 피치는 900 나노미터이고 이용가능 광대역 조명은 240 나노미터 내지 1000 나노미터의 범위의 파장들을 포함한다. SCOL 오버레이 민감도 분석에 기초하여, 350 나노미터와 820 나노미터 사이의 파장 범위를 통해 분광 BPR 측정 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.
하나의 예에서, 조명 필터들은 350 나노미터에서의 2차 회절 차수 빔의 701 나노미터에서의 1차 회절 차수 빔과의 중첩을 피하기 위해 채용된다. 이 예에서, 대역 통과 필터가 350 나노미터와 700 나노미터 사이의 파장들을 갖는 조명 광을 선택하기 위해 조명 경로에 위치된다. 오버레이 타겟이 이 광으로 조명되지만, 검출기는 회절된 신호들의 제1 이미지를 수집한다. 제1 이미지가 수집된 후, 조명 대역-통과 필터는 410 나노미터와 820 나노미터 사이의 파장들을 갖는 조명 광을 선택하도록 재구성된다. 오버레이 타겟이 이 광으로 조명되지만, 검출기는 회절된 신호들의 제2 이미지를 수집한다. 오버레이 계산 알고리즘이 양쪽 모두의 이미지들로부터의 측정된 신호들에 기초하여 오버레이 값들의 추정값을 결정하기 위해 채용된다.
다른 예에서, 조명 필터 및 수집 필터 둘 다가 350 나노미터에서의 2차 회절 차수 빔의 701 나노미터에서의 1차 회절 차수 빔과의 중첩을 피하기 위해 채용된다. 이 예에서, 대역 통과 필터가 350 나노미터와 820 나노미터 사이의 파장들을 갖는 조명 광을 선택하기 위해 조명 경로에 위치된다. 덧붙여서, 소팅 필터가 수집 경로에 위치된다. 이 예에서, 수집된 이미지 데이터는 검출기 상에서 2차 회절된 광이 1차 회절된 광과 중첩하는 일 없이 350 나노미터와 820 나노미터 사이의 연속 파장 범위를 가질 것이다.
도 14에 예시된 바와 같이, 오버레이 타겟(210)은 x-방향으로 연장하는 격자 구조들(예컨대, x-방향으로 연장하는 주기적 라인들 및 간격(space)들)을 갖는 두 개의 셀들(211B 및 211C)과 y-방향으로 연장하는 격자 피치들(예컨대, y-방향으로 연장하는 라인들 및 간격들)을 갖는 두 개의 셀들(211A 및 211D)을 포함한다. 다른 추가의 양태에서, 오버레이 타겟(210)과 같은 오버레이 타겟이 좁은 라인 성형된 조명 빔을 90 도만큼 회전시킴으로써 두 개의 직교 방향들에서 측정된다. 파장 분산 엘리먼트가 이용되면, 파장 분산 엘리먼트는 파장 분산 방향을 검출기 상에 투영되는 바와 같은 90 도만큼 회전시키도록 또한 회전되거나 또는 그렇지 않으면 이동되거나 또는 대체된다.
도 19는 빔 성형 옵틱스(107)에 의해 생성되고 대물렌즈(111)에 의해 셀(211A) 상에 투영된 좁은 라인 성형된 빔(215)에 의해 조명되는 셀(211A)을 묘사한다. 도 19에 묘사된 바와 같이, 좁은 라인 성형된 빔(215)은 시편(112)의 표면에서 대물렌즈 퓨필(216) 내에 놓이고 좁은 라인 성형된 빔(215)의 방향은 셀(211A)의 격자 구조의 범위 방향(즉, y-방향)과 정렬된다.
일부 실시형태들에서, 빔 성형 옵틱스(107)는 실린더형 렌즈 또는 거울 그룹을 포함하고 실린더형 렌즈 또는 거울 그룹은 좁은 라인 성형된 빔(215)의 시편(112) 상으로의 투영을 90 도만큼 효과적으로 회전시키기 위해 90 도 회전된다. 이런 방식으로, x 및 y SCOL 타겟들 둘 다는 시편(112)을 회전시키지 않고 측정된다.
일부 실시형태들에서, 실린더형 렌즈 또는 거울 그룹 및 분산 엘리먼트는 좁은 라인 성형된 빔을 90 도만큼 회전시키기 위해 회전가능 모터 또는 슬라이더 또는 스테이지 상에 장착된다.
도 20은 검출기(118)의 광 검출 표면(220)을 묘사한다. 검출기에서의 대물렌즈 퓨필 영역(221)의 투영은 도 20에서 또한 예시된다. 도 20에 묘사된 바와 같이, 셀(211A)로부터 반사된 +/-1 회절 차수 신호들은 검출기(118) 상으로의 격자 라인들의 투영에 수직인 방향으로 파장 분산되고 격자 라인들에 평행한 방향에서 AOI에 따라 분산된다. 대물렌즈 퓨필 영역(221) 외부의 격자 타겟(211A)으로부터 회절된 광(즉, 더 큰 AOI 및 파장 값들)은 대물렌즈 렌즈에 의해 수집되지 않는다.
마찬가지로, 도 21에 묘사된 바와 같이, 셀(211A)로부터 반사된 0차 회절 신호들은 검출기(118) 상으로의 격자 라인들의 투영에 수직인 방향으로 파장 분산되고 격자 라인들에 평행한 방향에서 AOI에 따라 분산된다. 도 21에 묘사된 바와 같이, 0차 회절된 광은 0 도와 65 도 사이의 입사각들의 범위에 걸쳐 그리고 360 나노미터와 900 나노미터 사이의 파장들의 범위에 걸쳐 수집된다.
하나의 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 회귀 분석에서 분광 BPR 신호들(135)에 기초하여 오버레이 파라미터의 추정값을 결정한다.
이 예에서, 오버레이 측정 모델은 오버레이 오프셋 측면에서의 오버레이 계측 타겟의 파라미터화를 포함한다. 덧붙여서, 오버레이 측정 모델은 측정 도구 자체의 파라미터화물(예컨대, 파장들, 입사각들, 편광 각들 등)을 포함한다. 덧붙여서, 시뮬레이션 근사들(예컨대, 슬래빙(slabbing), RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 등)이 과도하게 큰 에러들을 도입하는 것을 피하기 위해 신중히 수행된다. 이산화(discretization) 및 RCWA 파라미터들이 정의된다.
머신 파라미터들(P머신)이 계측 도구 자체를 특징화하는데 사용되는 파라미터들이다. 예시적인 머신 파라미터들은 입사각(AOI), 분석기 각도(A0), 편광기 각도(P0), 조명 파장, 개구수(NA) 등을 포함한다. 시편 파라미터들(P시편)은 시편의 기하학적 및 재료 성질들을 특징화하는데 사용되는 파라미터들이다.
측정 목적으로, 오버레이 측정 모델의 머신 파라미터들은 공지된, 고정 파라미터들로서 취급되고 오버레이 측정 모델의 시편 파라미터들, 또는 시편 파라미터들의 서브세트는 미지의, 부동(floating) 파라미터들로서 취급된다. 부동 파라미터들은 이론적 예측값들과 측정된 데이터 사이의 최상의 맞춤(fit)을 생성하는 피팅 프로세스(예컨대, 회귀, 라이브러리 매칭 등)에 의해 분석된다. 모델 출력 값들과 측정된 값들 사이의 근접한 매칭이 초래되는 시편 파라미터 값들의 세트가 결정되기까지 미지의 시편 파라미터들(P시편)은 가변되고 모델 출력 값들은 계산된다.
추가의 양태에서, 분광 빔 프로파일 계측 시스템은 오버레이 측정의 정확도 및 정밀도를 개선하기 위해 취득된 파장들 및 입사각들의 서브세트를 선택하도록 구성된다. 적절한 파장 및 AOI 범위는 공정 변동으로 인해 부위마다 변화할 수도 있다.
다른 추가의 양태에서, 분광 빔 프로파일 계측 시스템은 오버레이 측정의 정확도 및 정밀도를 개선하기 위해 취득된 파장들 및 입사각들을 평가하도록 구성된다.
전통적으로, 신호 선택 및 가중이 AOI 단독에만 기초하지만, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 신호 선택 및 가중은 동시에 수집된 AOI 및 파장 데이터 둘 다에 기초한다.
다른 추가의 양태에서, 훈련된 SRM(signal response metrology) 모델 또는 SPI(single parameter isolation) 모델이 오버레이 값들을 결정하기 위해 취득된 측정 신호들에 적용된다. SRM 및 SPI 모델들은 오버레이 기준 데이터에 기초하여 훈련된다.
일부 다른 실시형태들에서, 고체 함침 기법들이 더 높은 차수(즉, 0과는 상이한 임의의 차수)로 회절된 광을 시스템의 퓨필 내에 포함시키기 위해 채용될 수도 있다. 이런 방식으로, 동일한 검출기는, 심지어 큰 수집 NA가 없는 시스템들에 대해, 0차 회절된 광 및 더 높은 차수 회절된 광 둘 다를 검출하는데 채용될 수도 있다.
추가의 양태에서, 둘 이상의 검출기들이 신호들을 동시에 또는 순차적으로 검출하기 위해 수집 경로에서 채용된다. 일부 실시형태들에서, 각각의 검출기는 상이한 파장 범위들을, 동시에 검출하도록 구성된다. 이는, 단일 검출기가 전체 파장 범위에 걸쳐 충분한 정확도로 측정할 수 없는 넓은 파장 범위들에 걸친 측정들에 유리할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 검출기는 자외선 내지 가시 범위에 최적화되는 반면, 다른 검출기는 적외선 범위에 최적화된다. 함께, 이들 검출기들은 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 측정 신호들을 생성할 수 있다. 하나의 예에서, 190 나노미터와 2,300 나노미터 사이의 파장 범위에 걸친 측정들이 바람직하다. 이 예에서, 배면 박형(back-thinned) CCD 이미지 센서(예컨대, 하마마쓰 코오퍼레이션(일본)에 의해 제조된 배면 박형 CCD 이미지 센서 모델 번호 S10420)가 190 나노미터와 1,000 나노미터 사이의 파장 범위에서 측정들을 수행하기 위해 채용된다. 덧붙여서, 포토다이오드 어레이(예컨대, 하마마쓰 코오퍼레이션(일본)에 의해 제조된 InGaAs 선형 이미지 센서 모델 번호 G9207-256W)가 950 나노미터와 2,300 나노미터 사이의 파장 범위에서 측정들을 수행하기 위해 채용된다.
일부 실시형태들에서, 케스케이드식 분광계 설계가 상이한 파장 범위들을 통해 측정 신호들을 동시에 검출하기 위해 채용된다. 소팅 필터가 더 높은 차수 신호와 더 낮은 차수 신호 사이의 스펙트럼 분리를 제공하기 위해 추가될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 파장 범위 분리는 핫 미러 또는 콜드 미러에 의해 성취된다. 다른 실시형태에서, 파장 범위 분리는 KLA-텐코 코오퍼레이션에 양도된 미국 특허 제8,873,050호에서 설명된 바와 같은 파장 분리 및 신호 검출을 위한 케스케이드식 자외선 + 적외선 분광계 설계를 사용하여 성취되며 그 미국 특허의 발명의 요지는 그 전부가 참조로 본 명세서에 포함된다.
다른 추가의 양태에서, 하나 이상의 조명 개구부들이 조명 광의 좁은 라인 성형된 빔의 세기 프로파일을 감쇠시키기 위해 분광 빔 프로파일 계측 시스템의 조명 경로에 위치된다. 이는 더 작은 피처들이 측정될 수 있도록 더 작은 측정 박스 사이즈를 가능하게 한다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 아포다이저들 또는 슬릿들이 측정 스폿 사이즈를 감소시키기 위해 조명 경로에 위치된다. 일부 실시형태들에서, 아포다이저들 또는 슬릿들은 측정 AOI의 범위를 제한하기 위해 조명 경로에 위치된다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 다중 파장 조명 광(119)은 빔 성형 옵틱스(107) 전의 조명 경로에 위치된 하나 이상의 조명 개구부들(104)을 통과한다. 선택가능 조명 개구부들(104)의 개구(들)는 기계적 핀-홀, 공간적 광 변조기(SLM), 아포다이저, 그리고 임의의 다른 빔 포밍 및 제어 컴포넌트 또는 서브시스템을 비제한적으로 포함하는 임의의 적합한 디바이스에 의해 형성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 조명 경로에 위치된 아포다이저가 조명 광의 빔을 그 빔이 빔 성형 옵틱스(107)에 의해 실질적으로 재성형되기 전에 감쇠시킴으로써 측정 스폿 사이즈를 감소시키기 위해 채용된다. 이들 실시형태들의 일부에서, 아포다이저(104)는 에지 회절 효과들을 줄이기 위해 광 세기 프로파일을 감쇠시키도록 선택된다.
일부 실시형태들에서, 아포다이저(104)는 조명 NA 범위를 제어하고, 따라서, 이용가능한 AOI의 범위를 제어하도록 선택된다. 도 12a에 묘사된 하나의 예에서, 측정 하의 시편(112)은 500 나노미터의 피치를 갖는 격자 구조를 포함한다. 조명 광(119)은 190~2,500 나노미터의 범위의 파장 성분들을 포함한다. 이 예에서, 아포다이저(104)는 조명 AOI의 범위를 32~65 도 내로 제한하도록 선택된다. 이는 이 예에서 0차 회절 신호 수집을 가능하게 한다. 도 12a는 아포다이저(104)와의 상호작용 전의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(188A)를 묘사한다. 도 12a는 아포다이저(104)와의 상호작용 후의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(188B)을 또한 묘사한다. 도 12a에 묘사된 바와 같이, 아포다이저(104)는 빔의 중심에서의 조명 세기를 상당히 감쇠시킴으로써 조명 AOI의 범위를 제한한다(작은 AOI). 도 12a는 대물렌즈(111)에 들어간 때의 조명 빔의 세기 단면(188C)을 묘사한다. 도 12a에 예시된 바와 같이, 세기 단면은 아포다이저(104)와 빔 성형 옵틱스(107)에 의한 세기 단면의 "평탄화"의 조합에 의해 영향을 받는다. 도 12a는 수집된 광의 검출기(118) 상으로의 투영(188D)을 묘사한다. 이 예에서, 수집 개구부(115)는 32 도 미만의 AOI에 연관된 수집된 광 빔들을 차단하기 위해 채용된다. 이는 영이 아닌 회절 차수를 갖는 수집된 광을 효과적으로 차단한다. 그 결과, 검출기(118)는 32~65 도의 범위 내의 AOI들(즉, 도 12a에 예시된 AOI 지역들(B 및 B'))에 대한 광을 감지하고 0 도와 32 도 사이의 AOI들의 범위(즉, 도 12a에 예시된 AOI 지역(A)) 내의 실질적인 광을 감지하지 않는다.
도 12b에 묘사된 다른 예에서, 아포다이저(104)는 15~65 도 내의 조명 AOI의 범위를 제한하기 위해 선택된다. 이는 이 예에서 0차 회절 신호 수집을 또한 가능하게 한다. 도 12b는 아포다이저(104)와의 상호작용 전의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(189A)를 묘사한다. 도 12b는 아포다이저(104)와의 상호작용 후의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(189B)을 또한 묘사한다. 도 12b에 묘사된 바와 같이, 아포다이저(104)는 빔의 중심에서의 조명 세기를 상당히 감쇠시킴으로써 조명 AOI의 범위를 제한한다(작은 AOI). 도 12b는 대물렌즈(111)에 들어간 때의 조명 빔의 세기 단면(189C)을 묘사한다. 도 12b는 수집된 광의 검출기(118) 상으로의 투영(189D)을 묘사한다. 이 예에서, 수집 개구부(115)는 15 도 미만의 AOI에 연관된 수집된 광 빔들을 차단하기 위해 채용된다. 이는 영이 아닌 회절 차수를 갖는 수집된 광을 효과적으로 차단한다. 그 결과, 검출기(118)는 15~65 도의 범위 내의 AOI들(즉, 도 12b에 예시된 AOI 지역들(D 및 D'))에 대한 광을 감지하고 0 도와 15 도 사이의 AOI들의 범위(즉, 도 12b에 예시된 AOI 지역(C)) 내의 실질적인 광을 감지하지 않는다.
일부 실시형태들에서, 조명 개구부(104)는 단일 개구부 엘리먼트이다. 일부 다른 실시형태들에서, 조명 개구부(104)는 개구부 엘리먼트들의 어레이이다. 일부 예들에서, 하나 이상의 개구부 엘리먼트들이 단일 자유도 모션 스테이지 또는 다중 자유도 모션 스테이지 상에 위치된다. 이런 방식으로, 조명 경로에서의 하나 이상의 개구부 엘리먼트들의 존재 또는 위치가, 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 프로그램가능하게 제어될 수도 있다.
비록, 도 1에 묘사된 바와 같이, 시스템(100)이 하나 이상의 조명 개구부들(104)을 포함하지만, 일부 다른 실시형태들에서, 조명 개구부들은 빔 성형 옵틱스(107) 전의 조명 경로에서 채용되지 않을 수도 있다. 따라서, 대체로, 조명 개구부들의 사용은 옵션적이다.
추가의 양태에서, 하나 이상의 조명 개구부들이 빔 성형 옵틱스 뒤의 조명 경로에 위치된다. 일부 실시형태들에서, 조명 개구부들은 측정 스폿 사이즈를 감소시키기 위해 조명 경로에 위치된다. 일부 실시형태들에서, 조명 개구부들은 측정 AOI의 범위를 제한하기 위해 조명 경로에 위치된다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 다중 파장 조명 광(119)은 빔 성형 옵틱스(107) 후의 조명 경로에 위치된 하나 이상의 조명 개구부들(108)을 통과한다. 조명 광은 조명 빔 스플리터(109)에 도달하기 전에 하나 이상의 선택가능 조명 개구부들(108)을 통과한다. 일부 실시형태들에서, 선택가능 조명 개구부들(108)은 조명 시야 조리개들의 세트 및 조명 퓨필 조리개(pupil stop)들의 세트를 포함한다. 조명 시야 조리개들은 시편(112) 상으로 투영되는 조명 스폿 사이즈를 선택하도록 구성된다. 조명 퓨필 조리개들은 시편(112) 상으로 투영되는 조명 퓨필을 선택하도록 구성된다. 조명 시야 조리개들 및 퓨필 조리개들은 시편(112)의 표면 상의 최적의 광 스루풋, 조명 시계(field of view), 및 퓨필을 위해 튜닝된 조명 NA을 성취하기 위해 다른 조명 옵틱스 컴포넌트들(예컨대, 대물렌즈(111))과 연계하여 동작한다. 선택가능 조명 개구부들(108)의 개구(들)는 기계적 핀-홀, 공간적 광 변조기(SLM), 아포다이저, 그리고 임의의 다른 빔 포밍 및 제어 컴포넌트 또는 서브시스템을 비제한적으로 포함하는 임의의 적합한 디바이스에 의해 형성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 조명 개구부들(108)은 좁은 라인 성형된 빔의 사이즈 및 세기 프로파일을 제어하기 위해 좁은 슬릿 또는 아포다이저를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 조명 개구부(108)는 도 12a 및 도 12b를 참조하여 설명된 바와 같이 AOI들의 범위를 제한하기 위해 아포다이저를 포함한다. 이런 방식으로, 조명 개구부들(108)은 아포다이저(104)와 연계하여 또는 그 아포다이저에 대한 대안으로서 사용될 수도 있다.
비록, 도 1에 묘사된 바와 같이, 시스템(100)이 하나 이상의 조명 개구부들(108)을 포함하지만, 일부 다른 실시형태들에서, 조명 개구부들은 빔 성형 옵틱스(107) 후의 조명 경로에서 채용되지 않을 수도 있다. 따라서, 대체로, 조명 개구부들의 사용은 옵션적이다.
추가의 양태에서, 하나 이상의 수집 개구부들은 대물렌즈(111) 후의 수집 경로에 위치된다. 일부 실시형태들에서, 수집 개구부들은 검출기(118)에 의한 검출을 위해 수집된 빔의 부분을 선택하기 위해 수집 경로에 위치된다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 수집된 광은 대물렌즈(111) 후의 수집 경로에 위치된 하나 이상의 수집 개구부들(115)을 통과한다. 수집된 광은 파장 분산 엘리먼트(117) 및 검출기(118)에 도달하기 전에 하나 이상의 선택가능 수집 개구부들(115)을 통과한다.
도 12a 및 도 12b를 참조하여 설명된 예들에서, 조명 아포다이저 및 수집 개구부가 AOI 범위를 제한함으로써 샘플로부터 0차 회절된 광을 수집하도록 선택되었다. 예를 들어, 500 나노미터 피치 격자 타겟으로부터 0차 신호를 취득하기 위해, 조명 아포다이저 및 수집 개구부 둘 다는 검출되는 AOI들의 범위를 제한하기 위해 중앙 폐색(center blockage)을 포함하였다. 더 구체적으로는, 수집 개구부의 중앙 폐색은 음의 1차 회절된 광이 검출기(118)에 도달하는 것을 효과적으로 차단한다.
다른 실시형태에서, 수집 개구부(115)는 파장 분산 엘리먼트(117)에 의한 분산 전에 수집된 광의 빔 라인 폭을 추가로 줄이기 위한 좁은 슬릿을 포함한다.
일부 다른 예들에서, 하나 이상의 조명 개구부들 및 하나 이상의 수집 개구부들이 제한된 AOI 범위로 샘플로부터 더 높은 차수 회절된 광을 수집하도록 선택된다.
선택가능 수집 개구부들(115)의 개구(들)는 기계적 핀-홀, 공간적 광 변조기(SLM), 아포다이저, 그리고 임의의 다른 빔 포밍 및 제어 컴포넌트 또는 서브시스템을 비제한적으로 포함하는 임의의 적합한 디바이스에 의해 형성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 수집 개구부(115)는 단일 개구부 엘리먼트이다. 일부 다른 실시형태들에서, 수집 개구부(115)는 개구부 엘리먼트들의 어레이이다. 일부 예들에서, 하나 이상의 개구부 엘리먼트들이 단일 자유도 모션 스테이지 또는 다중 자유도 모션 스테이지 상에 위치된다. 이런 방식으로, 수집 경로에서의 하나 이상의 개구부 엘리먼트들의 존재 또는 위치가, 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 프로그램가능하게 제어될 수도 있다.
비록, 도 1에 묘사된 바와 같이, 시스템(100)이 하나 이상의 수집 개구부들(115)을 포함하지만, 일부 다른 실시형태들에서, 수집 개구부들은 채용되지 않을 수도 있다. 따라서, 대체로, 수집 개구부들의 사용은 옵션적이다.
다른 추가의 양태에서, 공간적 광 변조기(SLM)는 조명 경로, 수집 경로, 또는 둘 다에 위치된다. 일부 실시형태들에서, SLM은 측정 시스템의 광학적 퓨필 평면에 위치된다. SLM은, 파두 에러들을 감소시키고 빔의 진폭 및 위상 분포를 성형하기 위해, 조명 광, 수집된 광, 또는 둘 다의 경로에 걸쳐 진폭, 위상 분포, 또는 둘 다를 변조하도록 구성된다. 추가의 양태에서, 공간적 광 변조기는 조명 빔에 걸친 위상 분포의 프로그램가능 구성을 가능하게 한다. 이는 수차들을 정정하거나 또는 오염 신호들을 상쇄하기 위해 채용될 수도 있다. 비제한적 예로, 투과형 액정 디스플레이(LCD) 디바이스, LCOS(reflective liquid crystal on silicon) 디바이스, 픽셀화(pixelated) 거울 디바이스, 및 연속 표면을 갖는 변형가능 거울 디바이스 중 임의의 것이 계측 시스템의 조명 경로에서 SLM로서 채용될 수도 있다. 변형가능 거울 엘리먼트가 프로그램가능 표면 형상을 포함한다. 특히 대물렌즈(111), 아포다이저(104), 빔 성형 엘리먼트(107)의 실린더형 거울들, 및 다른 광학적 컴포넌트들로부터 발생하는 광학적 수차들이 변형가능 거울 어레이와 같은 하나 이상의 SLM들에 의해 보상될 수도 있다.
다른 추가의 양태에서, 편광 엘리먼트가 대물렌즈 전의 조명 경로에 위치된다. 일부 실시형태들에서, 편광 엘리먼트는 빔 성형 옵틱스 전에 위치된다. 일부 다른 실시형태들에서, 편광 엘리먼트는 빔 성형 옵틱스와 대물렌즈 사이에 위치된다.
또 다른 추가의 양태에서, 분석기 엘리먼트는 대물렌즈 후의 수집 경로에 위치된다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 다중 파장 조명 광(119)은 편광기(105)를 통과하고, 수집된 광은 분석기(114)를 통과한다. 일부 실시형태들에서, 편광기(105)는 정적, 또는 선택가능, 편광 엘리먼트이다. 일부 실시형태들에서, 편광기(105)와 분석기(114)는 회전 스테이지 상에 장착된다. 회전 스테이지는 원하는 편광 각도, 또는 편광 각도들의 시퀀스로 이동하기 위해, 예를 들어 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 제어되고, 측정 신호들은 각각의 편광 각도에서 수집된다. 대안적으로, 다른 편광 제어 메커니즘들이 채용될 수도 있다. 예를 들어, 채널 분리 또는 편광 제어 메커니즘들(예컨대, 솔레이유 바비네(soleil babinet) 보상기, 파장판들, 액정 편광 제어기, 또는 다른 전기광학 편광 제어기들)에 의한 편광 성분들의 동시 측정이 구현될 수도 있다.
일부 다른 실시형태들에서, 편광기(105)는 회전하는 편광 엘리먼트이다. 이들 실시형태들에서, 편광기(105)는 일정 속력으로 회전되고, 검출기 신호는 미리-정의된 프레임 레이트로 취득된다. 이들 실시형태들에서, 시스템(100)은 다중 AOI 분광 타원계측기(spectroscopic Ellipsometer, SE)이다.
다른 추가의 양태에서, 보상기(예컨대, 보상기(106))가 편광기 후의 조명 경로에 추가되고 다른 보상기(예컨대, 보상기(113))가 분석기 전의 수집 경로에 추가된다. 편광기 및 수집 측 보상기가 데이터 취득 동안 계속해서 회전하고 있다면, 계측 시스템은 다중 AOI 회전 편광기, 회전 보상기(rotating polarizer, rotating compensator)(RPRC) 시스템으로서 동작한다. 편광기가 고정된 포지션에 머무르고 수집 측 보상기 및 조명 측 보상기 둘 다가 데이터 취득 동안 회전하면, 시스템은 다중 AOI 회전 보상기, 회전 보상기(rotating compensator, rotating compensator)(RCRC) 시스템으로서 동작한다.
비록, 도 1에 묘사된 바와 같이, 시스템(100)이 편광기(105), 분석기(114), 보상기(106), 및 보상기(113)를 포함하지만, 일부 다른 실시형태들에서, 이들 엘리먼트들 중 임의의 것 또는 모두가 채용되지 않을 수도 있다. 따라서, 대체로, 이들 엘리먼트들의 사용은 옵션적이다.
앞에서 설명된 바와 같이, 조명 개구부들의 세트(빔 성형 옵틱스 전, 빔 성형 옵틱스 후, 또는 둘 다임)가 시편 상의 조명 스폿 사이즈를 정의하기 위해 선택된다. 덧붙여서, 일부 실시형태들에서, 조명 개구부들의 세트는 퓨필 검출기에 의해 검출되는 AOI들의 범위를 정의하기 위해 수집 개구부들의 세트와 쌍을 이룬다. 조명 및 수집 개구부들의 세트들은 고정되거나 또는 프로그램가능할 수도 있고, 물리적 개구부들, SLM들, 또는 임의의 다른 적합한 선택 메커니즘에 기초할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 예시적인 세 개의 측정 응용들을 위한 조명 및 수집 개구부 선택들을 묘사한다.
도 9a는 작은 피치(즉, 피치<136 나노미터)를 갖는 격자 타겟들의 CD 신호들의 0차 측정들 또는 박막들의 0차 측정들을 위한 분광 BPR 시스템에서의 빔 세기 프로파일의 여러 도면들을 묘사한다. 이 예에서, 파장은 대략 260 나노미터부터 대략 800 나노미터까지의 범위이다.
도 9a는 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 전의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(180A)을 묘사한다. 도 9a는 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(180B)을 또한 묘사한다. 이 예에서, 조명 개구부(108) 또는 수집 개구부(115) 중 어느 하나에 의한 차단은 없다. 그런고로, 대물렌즈(111)에 진입하는 세기 단면(180C)과 파장 분산 엘리먼트(117)에 진입하는 세기 단면(180D)은 빔들 성형 옵틱스(107)에 의해 부과된 좁은 라인 빔 형상을 반영한다.
도 9b는 상대적으로 큰 피치(즉, 136 나노미터와 500 나노미터 사이의 피치)를 갖는 격자 타겟들의 CD 신호들의 0차 측정들을 위한 분광 BPR 시스템에서의 빔 세기 프로파일의 여러 도면들을 묘사한다. 이 예에서, 파장은 대략 190 나노미터부터 대략 800 나노미터까지의 범위이다.
도 9b는 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 전의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(181A)을 묘사한다. 도 9b는 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(181B)을 또한 묘사한다. 이 예에서, 조명 개구부(108)는 32 도 미만의 AOI들을 차단하도록 구성된다. 조명 개구부(108)와의 상호작용 후, 대물렌즈(111)에 진입하는 세기 단면(181C)은 이 폐색을 반영한다. 마찬가지로, 수집 개구부(115)는 32 도 미만의 AOI들을 차단하도록 구성된다. 수집 개구부(115)와의 상호작용 후, 파장 분산 엘리먼트(117)에 진입하는 세기 단면(181D)은 이 폐색을 반영한다. 이는 영이 아닌 회절 차수를 갖는 수집된 광을 효과적으로 차단한다. 그 결과, 검출기(118)는 32 도를 초과하는 AOI들에 대한 광을 감지한다.
도 9c는 비교적 큰 피치를 갖는 오버레이 구조들의 1차 측정들(일명, 산란계측 오버레이 측정들)을 위한 분광 BPR 시스템에서 빔 세기 프로파일의 여러 도면들을 묘사한다.
도 9c는 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 전의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(182A)을 묘사한다. 도 9c는 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후의 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(182B)을 또한 묘사한다. 이 예에서, 조명 개구부(108)는 12 도를 초과하는 AOI들을 차단하도록 구성된다. 조명 개구부(108)와의 상호작용 후, 대물렌즈(111)에 진입하는 세기 단면(182C)은 이 폐색을 반영한다. 반대로, 수집 개구부(115)는 12 도 미만의 AOI들을 차단하도록 구성된다. 수집 개구부(115)와의 상호작용 후, 파장 분산 엘리먼트(117)에 진입하는 세기 단면(182D)은 이 폐색을 반영한다. 수집 개구부는 0 회절 차수를 갖는 수집된 광을 효과적으로 차단한다. 그 결과, 검출기(118)는 12 도를 초과하는 AOI들을 갖는 광을 감지하며, 그 광은 이 예에서, -1차 및 +1차 회절된 광을 포함한다.
다른 추가의 양태에서, 조명 경로에 위치된 빔 성형 옵틱이 좁은 라인 빔 조명을 원하는 방위각으로 회전시키도록 구성된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 빔 성형 옵틱스(예컨대, 빔 성형 옵틱스(107))는 방위각 조명 성분들을 단일 방위각 값으로 효과적으로 축소시킨다. 그러나, 좁은 라인 빔 조명을 빔 축에 대해 효과적으로 회전시킴으로써, 유효 방위각은 변화된다. 일부 이차원 측정 타겟들, 이를테면 CD 라인-공간 격자, 및 일부 삼차원 측정 타겟들, 이를테면 복잡한 지느러미 구조의 경우, 측정 민감도는 조명이 하나 이상의 특정 방위각들에서 타겟으로 제공될 때 개선된다.
하나의 실시형태에서, 빔 성형 옵틱스(107)는, 시준된 조명 광(119)을 수광하고 측정 하의 샘플에 대하여 프로그램가능 조명 방위각으로 배향된 좁은 라인 빔을 생성하도록 구성되는 SLM을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 다른 SLM이 파장 분산 엘리먼트(117) 및 검출기(118)에 대한 수집 빔의 배향을 빔 방위각에서의 임의의 변화에 대해 유지하기 위해 수집 경로에 위치된다. 컴퓨팅 시스템(130)은 빔 방위각에서의 임의의 변화에 대해 각도 정렬을 유지하기 위해 조명 SLM 및 수집 SLM의 상태에서의 변화들을 조정하도록 구성된다. 일부 다른 실시형태들에서, 검출기 상에 투영된 이미지는 방위각에서의 변화에 의해 유도된 회전들을 감안하여 소프트웨어로 회전된다.
다른 실시형태에서, 도 1에 묘사된 빔 성형 옵틱스(107)는 회전 모션 스테이지에 각각 장착된 실린더형 거울들의 쌍을 포함한다. 각각의 회전 모션 스테이지는 실린더형 거울들의 배향들을 변경하여 좁은 라인 빔에 연관된 원하는 방위각을 성취하기 위해, 예를 들어 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 제어된다. 이런 방식으로, 시스템(100)은 샘플에 대하여 조명 빔 방위각을 변경하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 파장 분산 엘리먼트(117) 및 검출기(118)는 수집 빔에 대하여 파장 분산 및 검출기의 배향을 유지하기 위해 회전 모션 스테이지들에 또한 장착된다. 컴퓨팅 시스템(130)은 빔 방위각에서의 임의의 변화에 대해 각도 정렬을 유지하기 위해 실린더형 거울들, 파장 분산 엘리먼트(117) 및 검출기(118)의 모션을 조정하도록 구성된다. 회전 모션 스테이지들은 피에조 모터들, 서보 모터들, 또는 임의의 다른 적합한 회전 작동 시스템에 의해 구동될 수 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 검출기 상에 투영된 이미지는 방위각에서의 변화에 의해 유도된 회전들을 감안하여 소프트웨어로 회전된다.
다른 실시형태에서, 도 3에서 묘사된 빔 성형 옵틱스(121)는 분광 BPR 시스템의 공통 경로에 위치된다. 빔 성형 옵틱스(121)는 회전 모션 스테이지 상에 각각 장착된 실린더형 거울들의 쌍을 포함한다. 각각의 회전 모션 스테이지는 실린더형 거울들의 배향들을 변경하여 좁은 라인 빔에 연관된 원하는 방위각을 성취하기 위해, 예를 들어 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 제어된다. 이런 방식으로, 시스템(300)은 샘플에 대하여 조명 빔 방위각을 변경하도록 구성된다.
이 실시형태에서, 빔 형상은 빔 성형 옵틱스(121)를 다시 통과한 후 원형 빔으로서 복원된다. 수집 경로에 위치된 추가적인 빔 성형 옵틱스(120)가 검출기(118) 상으로의 분산 전에 원형 빔을 좁은 라인 형상 빔으로 성형한다.
도 10a 내지 도 10c는 상이한 세 개의 방위각 선택들에 연관된 빔 세기 프로파일들을 묘사한다.
도 10a는 제로 방위각에 대해 분광 BPR 시스템에서의 빔 세기 프로파일의 여러 도면들을 묘사한다. 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(183A)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 전의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 세기 단면(183B)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 설명 목적으로, 도 10a에 묘사된 조명 빔 방위각은 제로 방위각인 것으로서 정의된다. 대물렌즈(111)의 입구에서의 세기 단면(183C)과 파장 분산 엘리먼트(117)에 대한 입구에서의 세기 단면(183D)은 제로 방위각을 반영한다.
도 10b는 90 도 방위각에 대해 분광 BPR 시스템에서의 빔 세기 프로파일의 여러 도면들을 묘사한다. 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(184A)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 전의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 세기 단면(184B)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 이 예에서, 빔 성형 옵틱스(107)의 구성은 조명 빔 방위각이 도 10a를 참조하여 설명된 제로 방위각에 대하여 90 도가 되도록 변화된다. 대물렌즈(111)의 입구에서의 세기 단면(184C)과 파장 분산 엘리먼트(117)에 대한 입구에서의 세기 단면(184D)은 90 도 방위각을 반영한다.
도 10c는 45 도 방위각에 대해 분광 BPR 시스템에서의 빔 세기 프로파일의 여러 도면들을 묘사한다. 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(185A)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 전의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 세기 단면(185B)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 이 예에서, 빔 성형 옵틱스(107)의 구성은 조명 빔 방위각이 도 10a를 참조하여 설명된 제로 방위각에 대하여 45 도가 되도록 변화된다. 대물렌즈(111)의 입구에서의 세기 단면(185C)과 파장 분산 엘리먼트(117)에 대한 입구에서의 세기 단면(185D)은 45 도 방위각을 반영한다.
앞에서 설명된 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 빔 성형 옵틱은 좁은 라인 빔 조명을 원하는 방위각으로 회전시키기 위해 조명 경로에 위치된다. 또한, 일부 실시형태들에서는, 앞에서 설명된 바와 같이, 조명 개구부들의 세트가 퓨필 검출기에 의해 검출된 AOI들의 범위를 정의하기 위해 수집 개구부들의 세트와 쌍을 이룬다. 대체로, 시스템(100)과 같은 분광 BPR 시스템이 방위각 선택 및 AOI 선택 둘 다를 위해 구성될 수도 있다.
도 11a 및 도 11b는 상이한 두 개의 방위각 선택들 및 AOI 선택에 연관된 빔 세기 프로파일들을 묘사한다.
도 11a는 제로 방위각에 대해 분광 BPR 시스템에서의 빔 세기 프로파일의 여러 도면들을 묘사한다. 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(186A)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 전의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 세기 단면(186B)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 설명 목적으로, 도 11a에 묘사된 조명 빔 방위각은 제로 방위각인 것으로서 정의된다. 이 예에서, 조명 개구부(108)는 32 도 미만의 AOI들을 차단하도록 구성된다. 조명 개구부(108)와의 상호작용 후, 대물렌즈(111)에 진입하는 세기 단면(186C)은 이 폐색을 반영한다. 마찬가지로, 수집 개구부(115)는 32 도 미만의 AOI들을 차단하도록 구성된다. 수집 개구부(115)와의 상호작용 후, 파장 분산 엘리먼트(117)에 진입하는 세기 단면(186D)은 이 폐색을 반영한다. 이는 영이 아닌 회절 차수를 갖는 수집된 광을 효과적으로 차단한다. 그 결과, 검출기(118)는 제로 방위각에서 32 도를 초과하는 AOI들에 대한 광을 감지한다.
도 11b는 90 도 방위각에 대해 분광 BPR 시스템에서의 빔 세기 프로파일의 여러 도면들을 묘사한다. 시준된 조명 빔(119)의 세기 단면(187A)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 전의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 세기 단면(187B)은 빔 성형 옵틱스(107)와의 상호작용 후의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 이 예에서, 빔 성형 옵틱스(107)의 구성은 조명 빔 방위각이 도 11a를 참조하여 설명된 제로 방위각에 대하여 90 도가 되도록 변화된다. 도 11a를 참조하여 설명된 바와 같이, 조명 개구부(108)는 32 도 미만의 AOI들을 차단하도록 구성된다. 조명 개구부(108)와의 상호작용 후, 대물렌즈(111)에 진입하는 세기 단면(187C)은 이 폐색을 반영한다. 마찬가지로, 수집 개구부(115)는 32 도 미만의 AOI들을 차단하도록 구성된다. 수집 개구부(115)와의 상호작용 후, 파장 분산 엘리먼트(117)에 진입하는 세기 단면(187D)은 이 폐색을 반영한다. 이는 영이 아닌 회절 차수를 갖는 수집된 광을 효과적으로 차단한다. 그 결과, 검출기(118)는 90 도 방위각에서 32 도를 초과하는 AOI들에 대한 광을 감지한다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 퓨필 평면의 매핑을 가능하게 하기 위해 AOI 방향을 따라 조명 빔을 스캔하도록 구성된다. 추가의 양태에서, 이 퓨필 스캐닝 메커니즘은 타겟 잡음에 대한 평균화, 코히어런스 효과들의 감소, 및 개선된 정확도를 가능하게 하기 위해 필드 평면을 스캔하는 제2 스캐닝 메커니즘으로 또한 보완될 수도 있다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 스캐닝 거울(143)은 빔 성형 옵틱스 전의 조명 경로에 위치된다. 스캐닝 거울은 팁(tip)/틸트(tilt) 모션 스테이지(예컨대, 압전 구동 스테이지) 상에 장착된다. 팁/틸트 모션 스테이지는 AOI들의 범위를 변경함으로써 시편에 걸쳐 평면에서의 조명을 조향하도록 구성된다. 비교적 큰 피치 피처들에 의해 특징화되는 주기적 구조들, 이를테면 CD 격자 또는 SCOL 격자를 측정할 때, 스캐닝 거울로 조명 빔을 조향하는 것은 최적의 AOI 범위를 선택하도록 채용된다.
도 13은 스캐닝 거울(143)의 배향에서의 변화들로 인한 분광 BPR 시스템에서의 빔 세기 프로파일의 시프트의 여러 도면들을 묘사한다. 세기 단면(190A)은 스캐닝 거울의 주어진 배향에 대해 대물렌즈(111)로의 진입 전의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 세기 단면(190B)은 파장 분산 엘리먼트(117)에 진입하는 수집 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 세기 단면(190C)은 스캐닝 거울의 상이한 배향에 대해 대물렌즈(111)로의 진입 전의 조명 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 도 13에 예시된 바와 같이, 이는 AOI 방향에서 대물렌즈(111) 전체에 걸친 좁은 라인 빔의 시프트를 초래한다. 세기 단면(190D)은 파장 분산 엘리먼트(117)에 진입하는 수집 빔의 빔 프로파일 세기를 묘사한다. 예시된 바와 같이, 좁은 라인 빔의 시프트는 AOI 방향에서 파장 분산 엘리먼트(117) 전체에 걸친, 그리고 궁극적으로는 검출기(118) 전체에 걸친 수집된 빔의 시프트를 또한 초래한다. 이는 대물렌즈 조명 퓨필에서 볼 수 있는 AOI들의 범위에서의 변화를 초래한다.
비록, 도 1에 묘사된 바와 같이, 시스템(100)이 스캐닝 거울(143)을 포함하지만, 일부 다른 실시형태들에서, 빔 성형 옵틱스(107) 전의 조명 경로에서의 스캐닝 거울이 채용되지 않을 수도 있다. 따라서, 대체로, 스캐닝 거울의 사용은 옵션적이다.
측정 신호들(예컨대, 도 1에 묘사된 측정 신호들(135))은 임계 치수들(CD)의 측정, 박막 특징화, 오버레이 측정들, 초점 조정, 광학 시스템 교정 및 진단, 또는 임의의 다른 적합한 계측을 위해 사용될 수도 있다. 분광 BPR 퓨필 신호들(135)은 큰 파장 및 AOI 범위에 걸친 샘플 정보를 포함한다. 각각의 화소에서의 검출기 신호들은 특정 AOI 및 파장을 위한 산란계측 신호를 나타낸다. 그런고로, 일부 실시형태들에서, 화소들의 서브세트에 연관된 신호들은 측정 분석을 위해 선택된다. 상이한 서브세트들은 측정 응용(예컨대, CD, TF, 오버레이, 초점/주입량(dose) 등)에 의존하여 선택될 수도 있다. 덧붙여서, 상이한 파장들(즉, 특정 파장들 및 AOI들)이 상이한 화소 데이터에 배정될 수도 있다. 신호 응답 계측(SRM) 방법들 또는 단일 파라미터 분리(SPI) 방법들이 특정 측정 응용에 가장 적합한 화소 신호들의 서브세트를 선택하기 위해 채용될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 신호들의 모두가 측정 분석을 위해 채용된다.
다른 추가의 양태에서, 다른 측정 모듈들, 이를테면 회전 편광기 분광 타원계측기(rotating polarizer spectroscopic ellipsometer, RPSE), 회전 분석기 분광 타원계측기(rotating analyzer spectroscopic ellipsometer, RASE), 회전 보상기 분광 타원계측기(rotating compensator spectroscopic ellipsometer, RCSE), 회전 편광기, 회전 보상기 분광 타원계측기(rotating polarizer, rotating compensator spectroscopic ellipsometer)(RPRC SE), 회전 보상기, 회전 보상기 분광 타원계측기(rotating compensator, rotating compensator spectroscopic ellipsometer)(RCRC SE), 레이저 구동 분광 반사계(laser driven spectroscopic reflectometer, LDSR), 일차원 빔 프로파일 반사계(1D-BPR), 이차원 빔 프로파일 반사계(2D-BPR) 등으로부터의 측정 신호들은 관심 있는 파라미터들의 값들을 추정하기 위해 조합된 측정 분석에 포함될 수도 있다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 두 개의 파장 분산 엘리먼트들과 수집된 광 빔의 상이한 편광 성분을 검출하도록 각각 구성되는 대응하는 두 개의 검출기들을 포함한다.
도 2는 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하는 시스템(200)을 도시한다. 유사하게 번호 부여된 엘리먼트들은 도 1에 묘사된 시스템(100)을 참조하여 설명되는 것들과 유사하다.
도 2에 묘사된 바와 같이, 시스템(200)은 수집 경로에, 분석기가 아니라, 편광 빔 스플리터(122)를 포함한다. 편광 빔 스플리터(122)는 수집된 광을 그 광의 p 및 s 편광 성분들로 분리한다. 각각의 편광 성분은 별도의 파장 분산 엘리먼트 및 검출기(즉, 파장 분산 엘리먼트(117) 및 검출기(118)와 파장 분산 엘리먼트(123) 및 검출기(124))로 진행된다. 이 방식에서 시스템(200)은 상이한 두 개의 편광들을 동시에 검출하도록 그리고 각각의 편광 성분에 연관된 분광 BPR 신호들(135 및 136)을 각각 생성하도록 구성된다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 공통 경로 및 수집 경로에서 빔 성형 옵틱스를 포함한다. 이런 방식으로, 빔 형상은 대물렌즈 및 임의의 파장 분산 엘리먼트들에 진입하기 전에만 좁은 라인 형상이다.
도 3은 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하는 시스템(300)을 도시한다. 유사하게 번호 부여된 엘리먼트들은 도 1에 묘사된 시스템(100)을 참조하여 설명되는 것들과 유사하다.
도 3에 묘사된 바와 같이, 빔 성형 옵틱스(121)는 조명 경로 및 수집 경로 둘 다에 의해 공유되는 공통 경로에 위치된다. 도 3에 묘사된 바와 같이, 빔 성형 옵틱스(121)는 입사하는 조명 빔을 좁은 라인 형상으로 재성형하도록 구성된다. 시편(112)과의 상호작용 후, 수집된 빔은 빔 성형 옵틱스(121)를 통과하고 빔 성형 옵틱스는 수집된 빔을 좁은 라인 형상으로부터 원형 형상으로 재성형한다.
덧붙여서, 빔 성형 옵틱스(120)는 파장 분산 엘리먼트(117) 전의 수집 경로에 위치된다. 빔 성형 옵틱스(120)는 수집된 빔을 원형 형상으로부터, 앞에서 설명된 바와 같은 파장 분산 엘리먼트(117)에 의한 검출기(118) 상으로의 분산에 적합한 좁은 라인 형상으로 다시 재성형한다.
이 실시형태에서, 빔 형상은 대물렌즈(111) 및 파장 분산 엘리먼트(117)에 진입하기 전에만 좁은 라인 형상이다. 그렇지 않으면, 빔 형상은 편광기, 분석기, 보상기들, 조명 개구부들, 수집 개구부들 등과 같은 다른 광학적 컴포넌트들을 통과할 때 원형이다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 두 개의 파장 분산 엘리먼트들 및 대응하는 두 개의 검출기들을 포함한다. 하나의 검출기는 측정 하에 시편의 퓨필 측정들을 수행하도록 구성된다. 다른 검출기는 동일한 시편의 필드 측정들을 수행하도록 구성된다.
도 4는 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하는 시스템(400)을 도시한다. 유사하게 번호 부여된 엘리먼트들은 도 1에 묘사된 시스템(100)을 참조하여 설명되는 것들과 유사하다.
도 4에 묘사된 바와 같이, 시스템(400)은 퓨필 검출기(118) 외에도 시야 검출기(127)를 포함한다. 시야 검출기(127)는 다수의 샘플들 또는 샘플 로케이션들에서 넓은 파장 범위에 걸쳐 반사도 신호들을 취득한다. 수집 경로에서, 빔 스플리터(125)는 측정 빔을 분리한다. 빔 스플리터(125)는 큐빅 빔 스플리터, 금속성 코팅 판, 이색 광학 코팅 판, 또는 다른 빔 분리 메커니즘을 비제한적으로 포함하는 임의의 적합한 빔 분리 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 측정 빔의 부분이 파장 분산 엘리먼트(117) 및 퓨필 검출기(118)를 향해 진행된다. 측정 빔의 다른 부분이 파장 분산 엘리먼트(126) 및 시야 검출기(127)를 향해 진행된다. 빔은 포커싱 옵틱스(145)에 의해 포커싱된다. 빔 초점 포지션에서, 파장 분산 엘리먼트(126)는 이차원 검출기(127)의 하나의 차원을 따라 빔을 파장에 따라 분산시킨다. 샘플 포지션은 이차원 검출기(127)의 다른 차원을 따라 분산된다. 각각의 화소에서의 신호들은 특정 샘플 포지션 및 파장에서의 반사도를 나타낸다. 이들 신호들(137)은 컴퓨팅 시스템(130)에 측정 분석을 위해 전달된다. 비제한적인 예로, 검출된 스펙트럼들은 임계 치수들(CD)의 측정, 박막 특징화, 오버레이 측정, 0차 신호들에 기초한 초점 조정, 광학 시스템 교정 및 진단, 또는 임의의 다른 적합한 계측을 위해 사용될 수도 있다. 일부 예들에서, 다수의 타겟들이 필드 측정 신호들(137)에 기초하여 동시에 측정된다.
일부 실시형태들에서, 필드 수집 경로는 필드 신호 검출기(127) 상으로 투영하기 위한 신호들을 선택하는 수집 개구부들의 세트를 포함한다. 일부 예들에서, 더 높은 차수 필드 신호들이 필드 신호 검출기(127) 상으로의 투영을 위해 선택된다. 선택가능 필드 수집 개구부의 개구(들)는 기계적 핀-홀, 공간적 광 변조기(SLM), 아포다이저, 그리고 임의의 다른 빔 포밍 및 제어 컴포넌트 또는 서브시스템을 비제한적으로 포함하는 임의의 적합한 디바이스에 의해 형성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 슬라이딩 거울, 또는 플립-인(flip-in) 거울이 빔 스플리터(125) 대신 채용된다. 이 실시형태에서, 필드 및 퓨필 측정들이, 예를 들어 컴퓨팅 시스템(130)의 제어 하에, 수집 빔 경로 안밖으로 슬라이딩 거울을 선택적으로 이동시킴으로써 순차적으로 수행된다.
일부 실시형태들에서, 빔 스플리터(125)는 diverts 수집된 빔의 부분을 이차원 이미징 검출기 상으로 직접적으로 이미지화하기 위해 포커싱 옵틱스(145)로 우회시킨다. 이들 실시형태들에서, 결과적인 웨이퍼 필드 이미지들은 측정 목적, 패턴 인식, 이미지 기반 포커싱, 또는 그것들의 임의의 조합을 위해 사용될 수 있다.
추가의 양태에서, 퓨필 검출기(118) 및 시야 검출기(127)로부터의 조합된 데이터는 관심 있는 파라미터들의 값들을 추정하기 위해, 또는 진단 테스트들을 수행하기 위해 채용된다. 일부 실시형태들에서, 필드 측정 신호 및 퓨필 측정 신호 둘 다는 하나 이상의 구조적 또는 공정 파라미터 값들을 추정하기 위해 그리고 측정의 품질을 특징화하기 위해 동시에 검출되고 프로세싱된다. 일부 실시형태들에서, 필드 측정 신호들은 하나 이상의 구조적 또는 공정 파라미터 값들을 추정하기 위해 프로세싱되고, 퓨필 측정 신호들은 필드 측정 조건들을 특징화하기 위해 프로세싱된다. 일부 다른 실시형태들에서, 퓨필 측정 신호들은 하나 이상의 구조적 또는 공정 파라미터 값들을 추정하기 위해 프로세싱되고, 필드 측정 신호들은 퓨필 측정 조건들을 특징화하기 위해 프로세싱된다.
필드 측정 신호들은 측정 시스템의 필드 평면에서 또는 그러한 필드 평면 근처에서 검출된다. 측정 시스템의 필드 평면은 측정 하에 시편의 표면과 켤레(conjugate)이다. 퓨필 평면 측정 신호들이 측정 시스템의 퓨필 평면에서 또는 그러한 퓨필 평면 근처에서 검출된다. 퓨필 평면은 필드 평면의 푸리에 변환이고 대물렌즈의 제한하는 개구부와 켤레이다. 대체로, 측정 하에 시편의 표면 상의 상이한 로케이션들로부터 반사된, 회절된, 또는 산란된 광은, 수집 각도에 무관하게, 측정 시스템의 필드 평면에서의 상이한 로케이션들에서 검출된다. 그 반면, 측정 하에 시편의 표면으로부터 상이한 각도들에서 반사, 회절, 또는 산란된 광은 시편의 표면 상의 광 상호작용의 로케이션에 무관하게, 측정 시스템의 퓨필 평면에서의 상이한 로케이션들에서 검출된다.
일부 실시형태들에서, 필드 및 퓨필 둘 다의 측정 신호들이 동시에 검출된다. 검출된 신호들은 하나 이상의 구조적 또는 공정 파라미터 값들을 추정하기 위해 반복적으로 프로세싱된다. 더 구체적으로는, 적어도 하나의 측정 타겟에 연관된 적어도 하나의 구조적 또는 공정 파라미터의 값은 퓨필 측정 모델을 이용한 퓨필 측정 신호들의 반복 회귀 및 필드 측정 모델을 이용한 필드 측정 신호들의 회귀에 기초하여 결정된다.
하나의 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 분광 BPR 신호들(135)에 기초하여 CD 파라미터의 추정값을 결정하고 반복 회귀 분석에서의 필드 신호들(137)에 기초하여 추정값의 필름 스택 파라미터(예컨대, 필름 두께)를 결정한다.
이 예에서, CD 측정 모델은 관심 있는 CD 파라미터의 측면에서 계측 타겟의 파라미터화를 포함한다. 덧붙여서, CD 측정 모델은 측정 도구 자체의 파라미터화물(예컨대, 파장들, 입사각들, 편광 각들 등)을 포함한다. 마찬가지로, 필름 스택 측정 모델은 관심 있는 필름 스택 파라미터(예컨대, 필름 두께)의 측면에서 계측 타겟의 파라미터화를 포함한다. 덧붙여서, 필름 스택 측정 모델은 측정 도구 자체의 파라미터화를 포함한다. 덧붙여서, 시뮬레이션 근사들(예컨대, 슬래빙, RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 등)이 과도하게 큰 에러들을 도입하는 것을 피하기 위해 신중히 수행된다. 이산화 및 RCWA 파라미터들이 정의된다.
머신 파라미터들(P머신)이 계측 도구 자체를 특징화하는데 사용되는 파라미터들이다. 예시적인 머신 파라미터들은 입사각(AOI), 분석기 각도(A0), 편광기 각도(P0), 조명 파장, 개구수(NA) 등을 포함한다. 시편 파라미터들(P시편)은 시편의 기하학적 및 재료 성질들을 특징화하는데 사용되는 파라미터들이다. 박막 시편의 경우, 예시적인 시편 파라미터들은 굴절 계수, 유전체 함수 텐서, 모든 층들의 공칭 층 두께, 층 시퀀스 등을 포함한다.
측정 목적으로, 멀티-타겟 모델의 머신 파라미터들은 공지된, 고정 파라미터들로서 취급되고 그 측정 모델의 시편 파라미터들, 또는 시편 파라미터들의 서브세트는 미지의, 부동 파라미터들로서 취급된다. 부동 파라미터들은 이론적 예측값들과 측정된 데이터 사이의 최상의 맞춤을 생성하는 피팅 프로세스(예컨대, 회귀, 라이브러리 매칭 등)에 의해 분석된다. 모델 출력 값들과 측정된 값들 사이의 근접한 매칭이 초래되는 시편 파라미터 값들의 세트가 결정되기까지 미지의 시편 파라미터들(P시편)은 가변되고 모델 출력 값들은 계산된다.
반복 회귀 분석에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 추정된 CD 파라미터 값에 도달하도록 측정된 퓨필 신호들을 CD 측정 모델에 맞춘다. CD 측정 모델에 존재하는 필름 스택 파라미터들은 이 회귀 동안 부동된다. 그 다음에 컴퓨팅 시스템(130)은 추정된 필름 스택 파라미터 값(예컨대, 필름 두께)에 도달하도록 측정된 필드 신호들을 필름 스택 모델 맞춘다. 필름 스택 모델에 존재하는 CD 파라미터 값들은 CD 측정 모델에 대해 퓨필 신호들의 이전의 회귀에 의해 결정된 값들로 고정된다. 그 뒤에, 컴퓨팅 시스템(130)은 CD 파라미터 값의 업데이트된 추정값에 도달하도록 측정된 퓨필 신호들을 CD 측정 모델에 다시 맞춘다. 이 반복에서, CD 측정 모델에 존재하는 필름 스택 파라미터들은 필름 스택 모델에 대해 필드 신호들의 이전의 회귀에 의해 결정된 값들로 고정된다. 이 반복은 파라미터가 충분한 정확도에 도달하기까지 반복한다.
다른 추가의 양태에서, 필드 및 퓨필 측정 신호들이 동시에 검출된다. 검출된 신호들은 하나 이상의 구조적 또는 공정 파라미터 값들을 추정하기 위해 조합된 분석에서 프로세싱된다. 이들 예들에서, 측정 모델은 퓨필 및 필드 둘 다의 측정들을 위해 계측 타겟(들)의 구조적 파라미터들, 재료 파라미터들, 또는 구조적 및 재료 파라미터들의 조합을 링크시키는 조합된 측정 모델이다.
다른 추가의 양태에서, 분광 BPR 시스템이 대물렌즈 전의 측정 경로에서 빔 결합 엘리먼트(128)를 포함한다. 자동초점 프로브 빔, 패턴 인식 프로브 빔, 또는 양쪽 모두의 조합이, 대물렌즈에 들어가기 전에 조명 빔과 결합된다. 마찬가지로, 자동초점 신호 빔, 패턴 인식 신호 빔, 또는 양쪽 모두의 조합이, 대물렌즈로부터 나온 후의 수집 빔을 추출한다. 빔 결합 엘리먼트(128)는 측정 경로에 대하여 로케이션이 고정되고, 따라서 신뢰도 및 정확도를 증가시킨다. 측정 빔 및 자동초점 빔 둘 다가 샘플을 동시에 프로빙하므로, 자동초점 시스템이 초점 측정에 지속적으로 관여하는 동안 시스템(500)은 측정 데이터를 취득할 수 있다. 이는 신호 품질을 개선하고 초점 시간을 감소시킨다.
도 5는 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하는 시스템(500)을 도시한다. 유사하게 번호 부여된 엘리먼트들은 도 1에 묘사된 시스템(100)을 참조하여 설명되는 것들과 유사하다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 대물렌즈 앞의 조명 및 수집 빔들은 좁은 라인 성형된 빔들이다. 이는 자동초점 프로브 빔(146), 패턴-인식 프로브 빔(147), 또는 둘 다가, 고 NA 대물렌즈에 들어가기 전에 측정 빔들과 결합되는 것을 허용한다.
자동 초점 서브시스템(141)이 빔 스플리터(129) 및 광학적 결합 엘리먼트(128)를 통해 대물렌즈(111)로 진행하는 자동초점 프로브 빔(146)을 생성한다. 자동초점 프로브 빔(146)에 응답하여 대물렌즈(111)에 의해 수집된 광은 동일한 경로를 통해 자동 초점 서브시스템(141)으로 반환된다. 수신된 신호들에 기초하여, 자동 초점 서브시스템(141)은 컴퓨팅 시스템(130)으로 전달되는 자동초점 신호들(138)을 생성한다. 하나의 예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 시편(112)의 초점 포지션이 자동초점 신호들(138)에 기초하여 변화되게 한다.
마찬가지로, 패턴 인식 서브시스템(142)은 빔 스플리터(129) 및 광학적 결합 엘리먼트(128)를 통해 대물렌즈(111)로 진행하는 패턴 인식 프로브 빔(147)을 생성한다. 패턴 인식 프로브 빔(147)에 응답하여 대물렌즈(111)에 의해 수집된 광은 동일한 경로를 통해 패턴 인식 서브시스템(142)으로 반환된다. 수신된 신호들에 기초하여, 패턴 인식 서브시스템(142)은 컴퓨팅 시스템(130)으로 전달되는 패턴 인식 신호들(139)(예컨대, 이미지들)을 생성한다. 하나의 예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 시편(112)의 포지션이 패턴 인식 신호들(139)에 기초하여 변화되게 한다. 이런 방식으로, 패턴 인식 신호들(139)은 시편(112)의 표면 전면에 걸쳐 내비게이션하는데 사용된다.
도 5에 묘사된 바와 같이, 시스템(500)은 대물렌즈(111) 앞의 공통 경로에 광학적 결합 엘리먼트(128)를 포함한다.
일부 실시형태들에서, 광학적 결합 엘리먼트(128)는 좁은 라인 성형된 에어 갭을 갖는 좁은 폴드 거울이다. 좁은 폴드 거울은 두 개 또는 네 개의 개개의 거울 셀들의 공면(coplanar) 정렬에 의해 만들어질 수 있다. 대안적으로, 하나 또는 두 개의 슬롯들이 반사 층으로 코팅하기 전에 단일 유리 기판 상에서 절단된다. 도 7a~7c는 광학적 결합 엘리먼트(128)로서 절반 폴드 거울(150)을 묘사한다. 도 7a는 원형 프로파일을 갖는 빔 프로파일(151)을 묘사한다. 그런 프로파일은 자동초점 빔, 패턴 인식 빔, 또는 둘 다를 나타낸다. 도 7a에 묘사된 바와 같이, 빔 프로파일(151)의 상당한 부분이 절반 폴드 거울(150)에 의해 반사된다. 도 7b는 조명 빔 프로파일, 수집 빔 프로파일, 또는 둘 다를 나타내는 좁은 라인 빔 프로파일(152)을 묘사한다. 도 7b에 묘사된 바와 같이, 좁은 빔 프로파일(152)의 모두는 절반 폴드 거울(150)에서의 에어 갭을 통과한다. 도 7c는 절반 폴드 거울(150)과 상호작용하는 좁은 라인 빔 프로파일(152) 및 원형 빔 프로파일(151)의 조합을 묘사한다.
도 7d 내지 도 7f는 광학적 결합 엘리먼트(128)로서 4-셀 폴드 거울(155)을 묘사한다. 도 7d는 원형 프로파일을 갖는 빔 프로파일(156)을 묘사한다. 도 7d에 묘사된 바와 같이, 빔 프로파일(156)의 상당한 부분이 4-셀 거울(155)에 의해 반사된다. 도 7e는 조명 빔 프로파일, 수집 빔 프로파일, 또는 둘 다를 나타내는 좁은 라인 빔 프로파일(157)을 묘사한다. 도 7e에 묘사된 바와 같이, 좁은 빔 프로파일(157)의 모두는 4-셀 폴드 거울(155)에서의 에어 갭을 통과한다. 도 7d는 4-셀 폴드 거울(155)과 상호작용하는 좁은 라인 빔 프로파일(157) 및 원형 빔 프로파일(156)의 조합을 묘사한다.
일부 다른 실시형태들에서, 광학적 엘리먼트(128)가 편평한 좁은 거울이다. 도 8a 내지 도 8c는 광학적 결합 엘리먼트(128)로서의 좁은 라인 성형된 거울(160)을 묘사한다. 도 8a는 원형 프로파일을 갖는 빔 프로파일(161)을 묘사한다. 그런 프로파일은 자동초점 빔, 패턴 인식 빔, 또는 둘 다를 나타낸다. 도 8a에 묘사된 바와 같이, 빔 프로파일(161)의 상당한 부분이 좁은, 라인 성형된 거울(160)을 통과한다. 도 8b는 조명 빔 프로파일, 수집 빔 프로파일, 또는 둘 다를 나타내는 좁은 라인 빔 프로파일(162)을 묘사한다. 도 8b에 묘사된 바와 같이, 좁은 빔 프로파일(162)의 모두는 좁은, 라인 성형된 거울(160)에 의해 반사된다. 도 8c는 좁은, 라인 성형된 거울(160)과 상호작용하는 좁은 라인 빔 프로파일(162) 및 원형 빔 프로파일(161)의 조합을 묘사한다.
도 8d 내지 도 8f는 광학적 결합 엘리먼트(128)로서 좁은 십자 형상 거울(165)을 묘사한다. 도 8d는 원형 프로파일을 갖는 빔 프로파일(166)을 묘사한다. 그런 프로파일은 자동초점 빔, 패턴 인식 빔, 또는 둘 다를 나타낸다. 도 8d에 묘사된 바와 같이, 빔 프로파일(166)의 상당한 부분이 좁은, 십자 형상 거울(165)을 통과한다. 도 8e는 조명 빔 프로파일, 수집 빔 프로파일, 또는 둘 다를 나타내는 좁은 라인 빔 프로파일(167)을 묘사한다. 도 8e에 묘사된 바와 같이, 좁은 빔 프로파일(167)의 모두는 좁은, 십자 형상 거울(165)에 의해 반사된다. 도 8f는 좁은, 라인 십자 형상 거울(165)과 상호작용하는 좁은 라인 빔 프로파일(167) 및 원형 빔 프로파일(166)의 조합을 묘사한다.
도 5에 묘사된 바와 같이, 시스템(500)은 측정 빔이 광학적 결합 엘리먼트(128)를 통과하도록 대물렌즈(111) 앞의 공통 경로에 광학적 결합 엘리먼트(128)를 포함한다. 그런 구성은 도 7a 내지 도 7f를 참조하여 설명된 좁은 폴드 거울 설계들에 적합하다. 도 8a 내지 도 8f를 참조하여 설명된 좁은 거울 설계들은 자동초점 및 패턴 인식 빔들이 빔 결합 엘리먼트(128)를 직접적으로 통과하고 측정 빔들이 빔 결합 엘리먼트(128)에 의해 회전되도록 대물렌즈(111)가 재배향되었다면 시스템(500)의 일부로서 또한 구현될 수도 있다.
다른 양태에서, 초분광 검출기가 분광 빔 프로파일 계측 시스템의 스펙트럼 성분을 검출하기 위해 채용된다.
도 6은 본 명세서에서 제시된 예시적인 방법들에 따라 시편의 특성들을 측정하는 시스템(600)을 도시한다. 유사하게 번호 부여된 엘리먼트들은 도 1에 묘사된 시스템(100)을 참조하여 설명되는 것들과 유사하다.
시스템(600)은 퓨필 검출기로서 초분광 검출기(144)를 포함한다. 검출기(144)는 검출기의 침투 깊이(수직 검출기), 굴절률, 또는 다른 파장 의존적 성질에 의해 파장 성분들을 측정하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, CMOS 초분광 검출기(144)가 이차원에서(예컨대, 검출기의 앞면(face)에 걸쳐) 및 AOI를 측정하고 두 개의 평면 차원들에 직교하는 제3 차원(예컨대, 깊이 검출기 속으로의 깊이)에서 파장 정보를 분석한다. 일부 다른 실시형태들에서, 초분광 검출기의 앞면 상의 각각의 "화소"가 입사하는 광을 다수의 상이한 광 민감성 엘리먼트들 상으로 확산시키는 작은 격자 구조를 포함하는 분광계이다. 대체로, 초분광 검출기가 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명된 바와 같은 파장 분산 엘리먼트 및 검출기의 사용에 대한 대안으로서 사용될 수 있거나, 또는 초분광 검출기가 이들 시스템들을 보완하는데 사용될 수 있다.
도 22는 각각 도 1 내지 도 5에 예시된 계측 시스템들(100, 200, 300, 400, 및 500)과 같은 계측 시스템에 의한 구현예에 적합한 방법(700)을 예시한다. 하나의 양태에서, 방법(700)의 데이터 프로세싱 블록이 컴퓨팅 시스템(130)의 하나 이상의 프로세서들, 또는 임의의 다른 범용 컴퓨팅 시스템에 의해 실행되는 미리 프로그래밍된 알고리즘을 통해 수행될 수도 있다는 것이 인식된다. 전술한 계측 시스템들 중 임의의 계측 시스템의 특정 구조적 양태들이 제한을 나타내지 않고 단지 예시로서만 해석되어야 한다는 것이 본 명세서에서 인식된다.
블록 701에서, 다수의 파장들을 갖는 조명 광의 빔이, 예를 들어, 조명 소스(101)에 의해 제공된다. 빔 세기 단면은 이차원이다.
블록 702에서, 조명 광의 빔은 조명 광의 재성형된 빔이 대략 일차원이고 길이 치수에 의해 특징화되는 빔 세기 단면을 갖도록, 예를 들어, 빔 성형 엘리먼트(107)에 의해 재성형된다.
블록 703에서, 시편의 표면 상의 오버레이 계측 타겟이 입사각들의 범위를 통해 조명 광의 재성형된 빔으로 조명된다. 조명 광의 재성형된 빔의 길이 치수는 오버레이 계측 타겟의 격자 구조의 범위 방향과 평행한 제1 방향에서 오버레이 계측 타겟 상으로 투영된다.
블록 704에서, 오버레이 계측 타겟으로부터의 광은, 입사각들의 범위를 통한 오버레이 계측 타겟의 조명에 응답하여, 예를 들어, 대물렌즈(111)에 의해 수집된다.
블록 705에서, 수집된 광은 이차원 검출기의 제1 차원을 따르는 입사각에 따라 검출되고 이차원 검출기의 제2 차원을 따르는 파장에 따라 검출된다.
본 개시물의에 걸쳐 설명된 다양한 단계들은 단일 컴퓨터 시스템(130) 또는, 대안으로, 다중 컴퓨터 시스템(130)에 의해 수행될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 더구나, 본 명세서에서 설명되는 분광 빔 프로파일 계측 시스템들의 상이한 서브시스템들은 본 명세서에서 설명되는 단계들의 적어도 부분을 수행하기에 적합한 컴퓨터 시스템을 포함할 수도 있다. 그러므로, 앞서 언급된 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되지 않고 단지 예시로서 해석되어야 한다. 게다가, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(130)은 본 명세서에서 설명되는 방법 실시형태들 중 임의의 방법 실시형태의 임의의 다른 단계(들)를 수행하도록 구성될 수도 있다.
덧붙여서, 컴퓨터 시스템(130)은 본 명세서에서 설명되는 분광 빔 프로파일 계측 시스템들의 검출기들에 본 기술분야에서 공지된 임의의 방식으로 통신적으로 커플링될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(130)은 시스템(100)의 검출기들에 연관된 컴퓨팅 시스템들에 커플링될 수도 있다. 다른 예에서, 검출기들은 컴퓨터 시스템(130)에 커플링된 단일 컴퓨터 시스템에 의해 직접 제어될 수도 있다.
계측 시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)은 와이어라인 및/또는 무선 부분들을 포함할 수도 있는 송신 매체에 의해 시스템의 서브시스템들(예컨대, 검출기(118) 등)로부터 데이터 또는 정보를 수신 및/또는 취득하도록 구성될 수도 있다. 이런 방식으로, 송신 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 시스템(100)의 다른 서브시스템들 사이의 데이터 링크로서 역할을 할 수도 있다.
시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)은 와이어라인 및/또는 무선 부분들을 포함할 수도 있는 송신 매체에 의해 다른 시스템들로부터 데이터 또는 정보(예컨대, 측정 결과들, 모델링 입력들, 모델링 결과들 등)를 수신 및/또는 취득하도록 구성될 수도 있다. 이런 방식으로, 송신 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 다른 시스템들(예컨대, 메모리 온-보드 계측 시스템(100), 외부 메모리, 또는 다른 외부 시스템들) 사이의 데이터 링크로서 역할을 할 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)은 저장 매체(즉, 메모리(132) 또는 외부 메모리)로부터의 측정 데이터를 데이터 링크를 통해 수신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 검출기(118)를 사용하여 획득된 스펙트럼 측정 결과들이 영구적 또는 반-영구적 메모리 디바이스(예컨대, 메모리(132) 또는 외부 메모리)에 저장될 수도 있다. 이 점에서, 스펙트럼 결과들은 온-보드 메모리로부터 또는 외부 메모리 시스템으로부터 들여오기될 수도 있다. 더구나, 컴퓨터 시스템(130)은 데이터를 다른 시스템들로 송신 매체를 통해 전송할 수도 있다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템(130)에 의해 결정되는 파라미터 값(140)이 통신되고 외부 메모리에 저장될 수도 있다. 이 점에서, 측정 결과들은 다른 시스템으로 내보내기될 수도 있다.
컴퓨팅 시스템(130)은 개인용 컴퓨터 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 업계에서 알려진 임의의 다른 디바이스를 비제한적으로 포함할 수도 있다. 대체로, "컴퓨팅 시스템"이란 용어는 메모리 매체로부터의 명령들을 실행하는 하나 이상의 프로세서들을 갖는 임의의 디바이스를 포괄하는 것으로서 폭넓게 정의될 수도 있다.
본 명세서에서 설명된 것들과 같은 방법들을 구현하는 프로그램 명령들(134)은 유선, 케이블, 또는 무선 송신 링크와 같은 송신 매체를 통해 송신될 수도 있다. 예를 들어, 도 1에 예시된 바와 같이, 메모리(132)에 저장된 프로그램 명령들(134)은 버스(133)를 통해 프로세서(131)에 송신된다. 프로그램 명령들(134)은 컴퓨터 판독가능 매체(예컨대, 메모리(132))에 저장된다. 예시적인 컴퓨터-판독가능 매체들은 판독-전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광 디스크, 또는 자기 테이프를 포함한다.
대체로, 더 높은 차수 회절된 광의 검출은 퓨필 평면에서 될 필요가 없으며; 웨이퍼 평면 측정들이 또한 구현될 수도 있다.
추가의 양태에서, 다수의 타겟들로부터의 측정 데이터가 측정들을 위해 수집된다. 일부 예들에서, 다수의 타겟들에 연관된 측정 데이터의 사용은 측정 결과에서 언더 층들의 영향을 제거하거나 또는 상당히 감소시킨다. 하나의 예에서, 두 개의 타겟들로부터의 측정 신호들은 각각의 측정 결과에서 언더 층들의 영향을 제거하거나, 또는 상당히 감소시키도록 감산된다. 다수의 타겟들에 연관된 측정 데이터의 사용은 모델에 삽입되는 샘플 및 프로세스 정보를 증가시킨다.
다른 추가의 양태에서, 온-디바이스에서 또는 스크라이브 선들 내에서 발견될 수도 있는 측정 타겟들 및 지원 타겟들 양쪽 모두로부터의 측정 데이터는 측정들을 위해 수집된다.
일부 예들에서, 본 명세서에서 설명되는 측정 방법들은 미국 캘리포니아 밀피타스 KLA-텐코 코오퍼레이션으로부터 입수 가능한 SpectraShape® 광학적 임계 치수 계측 시스템의 엘리먼트로서 구현된다.
일부 다른 예들에서, 본 명세서에서 설명되는 측정 방법들은, 예를 들어, 미국 캘리포니아 밀피타스 KLA-텐코 코오퍼레이션으로부터 입수 가능한 AcuShape® 소프트웨어를 구현하는 시스템에 의해 오프라인으로 구현된다.
대체로, 본 명세서에서 제시되는 반도체 계측을 수행하는 방법들 및 시스템들은 다이 내 또는 스크라이브 라인들 내에 위치된 전용 계측 타겟들(예컨대, 프록시 구조들)에 또는 실제 디바이스 구조들에 직접적으로 적용될 수도 있다
또 다른 양태에서, 본 명세서에서 설명되는 측정 결과들은 공정 도구(예컨대, 리소그래피 도구, 에치 도구, 퇴적 도구 등)에의 액티브 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 방법들을 사용하여 결정되는 구조적 또는 공정 파라미터들의 값들은 리소그래피 시스템을 조정하여 원하는 출력(예컨대, 초점 및 주입량)을 성취하기 위해 리소그래피 도구에 전달될 수 있다. 유사한 방식으로 에치 파라미터들(예컨대, 에치 시간, 확산도 등) 또는 퇴적 파라미터들(예컨대, 시간, 농도 등)이 각각 에치 도구들 또는 퇴적 도구들에 액티브 피드백을 제공하기 위해 측정 모델에 포함될 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, "파장 분산 엘리먼트"라는 용어는, 선형이든 또는 비선형이든 간에, 임의의 방식으로 파장에 따라 입사하는 광을 분리하는 임의의 분산 엘리먼트를 포함한다. 이 정의 하에, 일반적으로 불리는 "에너지 분산" 엘리먼트들은 이 특허 문서의 목적을 위해 파장 분산 엘리먼트들로서 포함된다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, "임계 치수"라는 용어는 구조의 임의의 임계 치수(예컨대, 하단 임계 치수, 중간 임계 치수, 상단 임계 치수, 측벽 각도, 격자 높이 등), 임의의 둘 이상의 구조들 사이의 임계 치수(예컨대, 두 개의 구조들 사이의 거리), 및 둘 이상의 구조들 사이의 변위(예컨대, 오버레이 격자 구조들 사이의 오버레이 변위 등)를 포함한다. 구조들은 삼차원 구조들, 패터닝된 구조들, 오버레이 구조들 등을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, "임계 치수 애플리케이션" 또는 "임계 치수 측정 애플리케이션"이란 용어는 임의의 임계 치수 측정을 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, "계측 시스템"이란 용어는 임계 치수 계측, 오버레이 계측, 초점/주입량 계측, 및 조성물 계측과 같은 측정 응용들을 포함하는 임의의 양태에서 시편을 특징화하기 위해 적어도 부분적으로 채용되는 임의의 시스템을 포함한다. 그러나, 본 기술분야의 이러한 용어는 "계측 시스템"이란 용어의 범위를 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 제한하지 않는다. 덧붙여서, 계측 시스템(100)은 패터닝된 웨이퍼들 및/또는 비패터닝된 웨이퍼들의 측정을 위해 구성될 수도 있다. 계측 시스템은 LED 검사 도구, 에지 검사 도구, 후방 검사 도구, 매크로-검사 도구, 또는 멀티-모드 검사 도구(동시에 하나 이상의 플랫폼들로부터의 데이터를 수반함), 및 임계 치수 데이터에 기초하여 시스템 파라미터들의 교정으로부터 이익을 얻는 임의의 다른 계측 또는 검사 도구로서 구성될 수도 있다.
다양한 실시형태들은 시편을 가공하는데 사용될 수도 있는 반도체 가공 시스템(예컨대, 검사 시스템 또는 리소그래피 시스템)에 대해 설명된다. 본 명세서에서 사용되는 "시편"이라는 용어는 본 기술분야에서 공지된 수단에 의해 프로세싱(예컨대, 결함들에 대해 인쇄 또는 검사)될 수도 있는 웨이퍼, 레티클, 또는 임의의 다른 샘플을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "웨이퍼"라는 용어는 반도체 또는 비-반도체 재료로 이루어진 기판들을 일반적으로 지칭한다. 예들은 단결정 실리콘, 비소화갈륨, 및 인화인듐을 비제한적으로 포함한다. 이러한 기판들은 반도체 제작 설비들에서 일반적으로 발견 및/또는 가공될 수도 있다. 일부 경우들에서, 웨이퍼가 기판(즉, 베어 웨이퍼)만을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 웨이퍼가 기판 상에 형성된 상이한 재료들의 하나 이상의 층들을 포함할 수도 있다. 웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층들이 "패터닝" 또는 "비패터닝"될 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼가 반복 가능 패턴 특징들을 갖는 복수의 다이들을 포함할 수도 있다.
"레티클"이 레티클 제작 공정의 임의의 스테이지에서의 레티클, 또는 반도체 제작 설비에서의 사용을 위해 발매될 수도 있거나 또는 발매되지 않을 수도 있는 완성된 레티클일 수도 있다. 레티클, 또는 "마스크"가 기판 상에 형성되고 패턴으로 구성된 실질적으로 불투명한 지역들을 갖는 실질적 투명한 기판으로서 일반적으로 정의된다. 기판은, 예를 들어, 비정질 SiO2와 같은 유리 재료를 포함할 수도 있다. 레티클이 레티클 상의 패턴이 레지스트 상으로 전달될 수도 있도록 리소그래피 공정의 노출 단계 동안 레지스트-덮인 웨이퍼 위에 배치될 수도 있다.
웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층들이 패터닝 또는 비패터닝될 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼가 반복 가능 패턴 특징들을 각각 갖는 복수의 다이들을 포함할 수도 있다. 재료의 이러한 층들의 형성 및 가공이 궁극적으로 완성된 디바이스들이 될 수도 있다. 많은 상이한 유형들의 디바이스들이 웨이퍼 상에 형성될 수도 있고, 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 웨이퍼라는 용어는 본 기술분야에서 공지된 임의의 유형의 디바이스가 제작되고 있는 웨이퍼를 포함하도록 의도된다.
하나 이상의 예시적인 실시형태들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 그것들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현된다면, 그 기능들은 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장되거나 송신될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들은 한 장소에서 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 양쪽 모두를 포함한다. 저장 매체가 범용 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수도 있다. 비제한적인 예로서, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 소망의 프로그램 코드 수단을 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 운반 또는 저장하는데 사용될 수 있고 범용 또는 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 또는 특수 목적 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속이 컴퓨터 판독가능 매체로 적절히 칭해진다. 예를 들어, 소프트웨어가 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 리소스로부터 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선(twisted pair), 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 무선 기술들 이를테면 적외선, 라디오, 및/또는 마이크로파를 이용하여 송신된다면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 디스크(disk 및 disc)는 본원에서 사용되는 바와 같이, 콤팩트 디스크(compact disc, CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다용도 디스크(DVD), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루레이 디스크를 포함하는데, disk들은 보통 데이터를 자기적으로 재생하지만, disc들은 레이저들로써 광적으로 데이터를 재생한다. 상기한 것들의 조합들은 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 또한 포함되어야 한다.
비록 특정한 구체적인 실시형태들이 교육적인 목적으로 위에서 설명되지만, 이 특허 문서의 교시들은 일반적인 적용가능성을 가지고 위에서 설명된 특정 실시형태들로 제한되지 않는다. 따라서, 설명된 실시형태들의 다양한 특징들의 다양한 수정들, 개조들, 및 조합들이 청구항들에서 언급되는 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 실시될 수 있다.

Claims (20)

  1. 계측 시스템에 있어서,
    다수의 파장들 및 이차원 빔 세기 단면을 갖는 조명 광의 빔을 제공하도록 구성되는 다중 파장 조명 소스;
    상기 조명 광의 재성형된 빔이 대략 일차원이고 길이 치수에 의해 특징화되는 빔 세기 단면을 갖도록, 상기 조명 광의 빔을 재성형하도록 구성되는 빔 성형 엘리먼트;
    상기 조명 광의 재성형된 빔을 수광(receive)하도록, 그리고 상기 조명 광의 재성형된 빔의 상기 길이 치수가 오버레이 계측 타겟의 격자 구조의 범위(extent) 방향과 평행한 제1 방향에서 상기 오버레이 계측 타겟 상으로 투영되게끔 입사각들의 범위에 걸쳐 상기 조명 광의 재성형된 빔으로 상기 오버레이 계측 타겟을 조명하도록 구성되는 고 개구수(numerical aperture, NA) 대물렌즈 ― 상기 고 NA 대물렌즈는 또한, 상기 조명에 응답하여 상기 오버레이 계측 타겟으로부터 광을 수집(collect)하도록 구성됨 ― ; 및
    상기 제1 이차원 검출기의 제1 차원을 따르는 입사각에 따라, 그리고 상기 제1 이차원 검출기의 제2 차원을 따르는 파장에 따라 수집된 광을 검출하도록 구성되는 제1 이차원 검출기
    를 포함하는, 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이차원 검출기는 또한, 상기 제1 이차원 검출기의 각각의 화소에서 검출된 광을 나타내는 측정 신호를 생성하도록 구성되며,
    상기 측정 신호는 고유 파장 및 입사각에서 상기 오버레이 계측 타겟의 측정과 연관되는 것인, 계측 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    컴퓨팅 시스템을 더 포함하며, 상기 컴퓨팅 시스템은:
    각각의 화소에서 검출된 상기 광을 나타내는 상기 측정 신호들을 수광하도록;
    상기 측정 신호들에 기초하여 상기 오버레이 계측 타겟과 연관된 적어도 하나의 오버레이 파라미터의 값을 결정하도록; 그리고
    메모리에 상기 적어도 하나의 오버레이 파라미터의 값을 저장하도록
    구성되는 것인, 계측 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수집된 광을 수광하며, 입사각에 따라 상기 수집된 광을 투과하고, 상기 제1 이차원 검출기에 걸쳐 파장에 따라 수광된 수집된 광을 분산시키도록 구성되는 제1 파장 분산 엘리먼트를 더 포함하는, 계측 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수집된 광은 1차 회절된 광, 0차 회절된 광, 또는 그 조합을 포함하는 것인, 계측 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수집된 광은, 상기 제1 이차원 검출기의 제1 영역 상에 투영되는 1차 회절된 광 및 상기 제1 영역과는 별개인 상기 제1 이차원 검출기의 제2 영역에 투영되는 0차 회절된 광을 포함하는 것인, 계측 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 오버레이 계측 타겟과 연관된 상기 적어도 하나의 오버레이 파라미터의 값을 결정하는 단계는, 오버레이 측정 모델을 이용한 상기 측정 신호들의 반복 회귀에 기초하는 것인, 계측 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 오버레이 계측 타겟과 연관된 상기 적어도 하나의 오버레이 파라미터의 값을 결정하는 단계는, 상기 측정 신호들 및 훈련된 신호 응답 계측 모델에 기초하는 것인, 계측 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 이차원 검출기의 제1 차원을 따르는 입사각에 따라 수집된 광의 부분을 검출하고 상기 제2 이차원 검출기의 제2 차원을 따르는 파장에 따라 상기 수집된 광의 다른 부분을 검출하도록 구성되는 제2 이차원 검출기를 더 포함하며,
    상기 제1 이차원 검출기의 파장 민감도는 상기 제2 이차원 검출기의 파장 민감도와는 상이한 것인, 계측 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조명 광의 빔의 경로에 위치된 편광기 엘리먼트를 더 포함하는, 계측 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수집된 광의 경로에 위치된 분석기 엘리먼트; 및
    상기 조명 광의 빔의 경로, 상기 수집된 광의 경로, 또는 둘 다에 위치된 적어도 하나의 보상기 엘리먼트
    를 더 포함하는, 계측 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 빔 성형 엘리먼트는 상기 조명 광의 재성형된 빔이 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향에서 제2 오버레이 계측 타겟 상으로 투영되도록 회전 가능하고, 상기 제2 방향은 상기 제2 오버레이 계측 타겟의 격자 구조의 범위 방향과 평행한 것인, 계측 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    측정 스폿 사이즈를 감소시키기 위해 상기 다중 파장 조명 소스와 상기 오버레이 계측 타겟 사이의 상기 조명 경로에 위치된 아포다이저(apodizer) 엘리먼트를 더 포함하는, 계측 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 다중 파장 조명 소스와 상기 오버레이 계측 타겟 사이의 조명 경로에 선택 가능하게 위치된 하나 이상의 파장 필터링 엘리먼트들, 상기 오버레이 계측 타겟과 상기 제1 이차원 검출기 사이의 수집 경로에 선택 가능하게 위치된 하나 이상의 파장 필터링 엘리먼트들, 또는 그 조합을 더 포함하는, 계측 시스템.
  15. 분광 빔 프로파일 계측 시스템에 있어서,
    다수의 파장들을 갖는 조명 광의 빔을 제공하도록 구성되는 광대역 조명 소스;
    상기 조명 광의 재성형된 빔이 대략 일차원이고 길이 치수에 의해 특징화되는 빔 세기 단면을 갖도록, 상기 조명 광의 빔을 재성형하도록 구성되는 빔 성형 엘리먼트;
    상기 조명 광의 재성형된 빔을 수광하도록, 그리고 상기 조명 광의 재성형된 빔의 상기 길이 치수가 오버레이 계측 타겟의 격자 구조의 범위 방향과 평행한 제1 방향에서 상기 오버레이 계측 타겟 상으로 투영되도록 입사각들의 범위에 걸쳐 상기 조명 광의 재성형된 빔으로 상기 오버레이 계측 타겟을 조명하도록 구성되는 고 개구수(NA) 대물렌즈 ― 상기 고 NA 대물렌즈는 또한, 상기 조명에 응답하여 상기 오버레이 계측 타겟으로부터 광을 수집하도록 구성됨 ― ; 및
    이차원 검출기의 제1 차원을 따르는 입사각에 따라 그리고 상기 이차원 검출기의 제2 차원을 따르는 파장에 따라 수집된 광 을 검출하도록 구성되는 이차원 검출기 ― 상기 수집된 광은 상기 이차원 검출기의 제1 영역에 걸쳐 검출되는 1차 회절된 광 및 상기 제1 영역과는 별개인 상기 이차원 검출기의 제2 영역에 걸쳐 검출되는 0차 회절된 광을 포함함 ―
    를 포함하는, 분광 빔 프로파일 계측 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 0차 회절된 광을 수광하고, 입사각에 따라 상기 0차 회절된 광을 투과하고, 상기 이차원 검출기의 상기 제2 차원을 따르는 파장에 따라 수광된 상기 0차 회절된 광을 분산시키도록 구성되는 파장 분산 엘리먼트를 더 포함하는, 분광 빔 프로파일 계측 시스템.
  17. 방법에 있어서,
    다수의 파장들 및 이차원인 빔 세기 단면을 갖는 조명 광의 빔을 제공하는 단계;
    상기 조명 광의 재성형된 빔이 대략 일차원이고 길이 치수에 의해 특징화되는 빔 세기 단면을 갖도록, 상기 조명 광의 빔을 재성형하는 단계;
    상기 조명 광의 재성형된 빔의 상기 길이 치수가 오버레이 계측 타겟의 격자 구조의 범위 방향과 평행한 제1 방향에서 상기 오버레이 계측 타겟 상으로 투영되도록, 입사각들의 범위에 걸쳐 상기 조명 광의 재성형된 빔으로 시편(specimen)의 표면 상의 상기 오버레이 계측 타겟을 조명하는 단계;
    상기 오버레이 계측 타겟의 상기 조명에 응답하여, 측정 부위로부터 광을 수집하는 단계; 및
    이차원 검출기의 제1 차원을 따르는 입사각에 따라 수집된 광을 검출하고, 상기 이차원 검출기의 제2 차원을 따르는 파장에 따라 상기 수집된 광을 검출하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 이차원 검출기의 각각의 화소에서 검출된 광을 나타내는 측정 신호를 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 측정 신호는 고유 파장 및 입사각에서 상기 오버레이 계측 타겟의 측정과 연관되는 것인, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    각각의 화소에서 검출된 광을 나타내는 측정 신호들을 수신하는 단계;
    상기 측정 신호들에 기초하여, 상기 오버레이 계측 타겟과 연관된 적어도 하나의 오버레이 파라미터의 값을 결정하는 단계; 및
    메모리에 상기 적어도 하나의 오버레이 파라미터의 값을 저장하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 수집된 광은, 상기 이차원 검출기의 제1 영역 상에 투영되는 1차 회절된 광 및 상기 제1 영역과는 별개인 상기 이차원 검출기의 제2 영역에 투영되는 0차 회절된 광을 포함하는 것인, 방법.
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