KR20220024573A - 온 칩 웨이퍼 정렬 센서 - Google Patents

Abstract

센서 장치는 조명 시스템, 검출기 시스템, 및 프로세서를 포함한다. 조명 시스템은 조명 빔을 조명 경로를 따라서 전송하도록 구성되고, 조절가능한 광학기를 포함한다. 조절가능한 광학기는 조명 빔을 조명 시스템에 인접하게 배치된 기판 상의 회절 타겟을 향해서 전송하도록 구성된다. 전송하는 것은 회절 타겟 상에 무늬 패턴을 생성한다. 신호 빔은 회절 타겟에 의하여 회절되는 회절 차수 서브-빔을 포함한다. 검출기 시스템은 신호 빔을 수집하도록 구성된다. 프로세서는 회절 타겟의 특성을 신호 빔에 기반하여 측정하도록 구성된다. 조절가능한 광학기는 조명 빔의 회절 타겟 상의 입사각을 조절하여, 회절 타겟의 주기성과 매칭되도록 무늬 패턴의 주기성을 조절하도록 구성된다.

Description

온 칩 웨이퍼 정렬 센서

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2019 년 7 월 24 일에 출원된 미국 가특허출원 번호 제 62/877,964의 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 장치 및 시스템을 위한 센서 장치 및 시스템에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판에 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로 IC의 제조 시에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크, 레티클)의 패턴을 기판 위에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층에 투영시킬 수 있다.

기판에 패턴을 투영하기 위하여, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장이 기판 상에 형성될 수 있는 피쳐의 최소 크기를 결정한다. 4 - 20 nm의 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm에 속하는 파장을 가지는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193 nm의 파장을 가지는 전자기 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 더 작은 피쳐를 기판 위에 형성하기 위해 사용될 수 있다.

리소그래피 프로세스가 디바이스 피쳐를 기판 상에 정확하게 배치하도록 제어하기 위하여, 일반적으로 하나 이상의 회절 타겟(예를 들어, 정렬 마크)이 기판 상에 제공되고, 리소그래피 장치는 회절 타겟의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 하나 이상의 정렬 센서를 포함한다. 현존하는 정렬 시스템 및 기법은 일부 단점 및 한계에 노출되어 있다. 예를 들어, 이들은 일반적으로 정렬 마크 필드 내의 왜곡(즉, 필드내 왜곡)을 측정할 수 없다. 이러한 시스템은 일반적으로 상대적으로 대형이다. 또한, 이들은 더 정밀한 정렬 격자 피치, 예를 들어 약 1 마이크론 미만의 격자 피치를 지원하지 않는다.

자기-정렬되고 콤팩트한 시스템은 개선된 정확도, 비용 효율성, 및 확장가능성을 제공할 수 있는데, 그 이유는 수 백 개의 센서가 동일한 공통 플랫폼 상에 구현될 수 있기 때문이다. 컴포넌트들(예를 들어, 조명 소스, 섬유, 미러, 렌즈, 도파로, 검출기, 프로세서 등)을 통합하면 기판 상의 정렬 마크의 특정한 특성(예를 들어, 정렬 위치 등)을 측정하기 위한 소형화된 센서가 제공될 수 있다. 추가적으로, 동일한 기판 상의 다수의 정렬 마크가 다수의 센서(예를 들어, 센서 어레이)에 의하여 검사될 수 있고, 상이한 측정이 동시에 또는 실시간으로 수행될 수 있다.

따라서, 센서 장치 및 시스템 내의 변동을 보상할 필요성 및, 척도변환이 가능하고 필드내 왜곡을 측정할 수 있는, 감소된 점유공간을 가지는 자기-정렬된 콤팩트한 센서에 대한 필요성이 존재한다.

일부 실시형태들에서, 센서 장치는 조명 시스템, 검출기 시스템, 및 프로세서를 포함한다. 조명 시스템은 조명 빔을 조명 경로를 따라서 전송하도록 구성된다. 조명 시스템은 조절가능한 광학기를 포함한다. 조절가능한 광학기는 조명 빔을 조명 시스템에 인접하게 배치된 기판 상의 회절 타겟을 향해서 전송하도록 구성된다. 전송하는 것은 회절 타겟 상에 무늬 패턴을 생성하게 된다. 신호 빔은 회절 타겟에 의하여 회절되는 회절 차수 서브-빔을 포함한다. 검출기 시스템은 신호 빔을 수집하도록 구성된다. 프로세서는 회절 타겟의 특성을 신호 빔에 기반하여 측정하도록 구성된다. 조절가능한 광학기는 회절 타겟의 주기성과 매칭되도록 상기 무늬 패턴의 주기성을 조절하기 위하여 상기 조명 빔의 상기 회절 타겟 상의 입사각을 조절하도록 구성된다.

일부 실시형태들에서, 회절 타겟의 특성은 정렬 위치이다.

일부 실시형태들에서, 조절가능한 광학기는 프리즘 미러를 포함한다. 프리즘 미러는 프리즘 미러의 상기 조명 빔에 대한 위치를 조절함으로써 조명 빔의 위치를 조절하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 프리즘 미러는 미세전자기계 시스템-기반 액츄에이터를 포함한다.

일부 실시형태들에서, 조절가능한 광학기는 가변 위상 변조기를 포함한다. 가변 위상 변조기는 가변 위상 변조기의 전파 상수를 조절함으로써 조명 빔의 위치를 조절하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 가변 위상 변조기는 전기-광학 변조기, 음향-광학 변조기, 또는 액정 변조기를 포함한다.

일부 실시형태들에서, 상기 조명 시스템은 가간섭성 조명 소스를 포함하고, 상기 조명 빔은 제 1 가간섭성 축외(off-axis) 조명 빔 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 무늬 패턴은 제 1 가간섭성 축외 조명 빔과 제 2 가간섭성 축외 조명 빔의 간섭에 의하여 생성된다. 일부 실시형태들에서, 조명 시스템은, 상기 제 1 가간섭성 축외 조명 빔을 상기 회절 타겟을 향하여 전송하도록 구성된 제 1 광학기 및 상기 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 상기 회절 타겟을 향하여 전송하도록 구성된 제 2 광학기를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 1 가간섭성 축외 조명 빔의 입사각 및 상기 제 2 가간섭성 축외 조명 빔의 입사각은 동일하다.

일부 실시형태들에서, 검출기 시스템은, 기 신호 빔을 수집하도록 구성된 고정식 광학기, 및 상기 신호 빔의 제 1 회절 차수 서브-빔, 상기 신호 빔의 제 2 회절 차수 서브-빔, 및 상기 신호 빔의 제 3 회절 차수 서브-빔을 검출하도록 구성된 검출기를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 검출기는 멀티-모드 섬유를 포함한다.

일부 실시형태들에서, 조명 시스템 및 검출기 시스템은 약 1 도 내지 약 3 도의 각도만큼 분리된다.

일부 실시형태들에서, 센서 장치의 길이방향 면적은 약 10 mm * 10 mm보다 크지 않다. 일부 실시형태들에서, 조명 빔 파장은 약 500 nm 내지 약 2000 nm이다. 일부 실시형태들에서, 조명 빔은 제 1 가간섭성 축외 조명 빔 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 포함하고, 상기 검출기 시스템은 상기 제 1 가간섭성 축외 조명 빔과 제 2 가간섭성 축외 조명 빔 사이에 배치된다.

일부 실시형태들에서, 검출 시스템은 복수 개의 센서를 포함한다. 복수 개의 센서는 서로 대칭적으로 배열되고, 기판 상의 복수 개의 회절 타겟 위에 배치된다. 각각의 센서는 조명 시스템, 검출기 시스템, 및 프로세서를 포함한다. 조명 시스템은 조명 빔을 조명 경로를 따라서 전송하도록 구성되고, 조명 빔을 조명 시스템에 인접하게 배치된 기판 상의 회절 타겟을 향하여 전송하도록 구성된 조절가능한 광학기를 포함한다. 전송하는 것은 회절 타겟 상에 무늬 패턴을 생성한다. 신호 빔은 회절 타겟에 의하여 회절되는 회절 차수 서브-빔을 포함한다. 검출기 시스템은 신호 빔을 수집하도록 구성된다. 프로세서는 회절 타겟의 특성을 신호 빔에 기반하여 측정하도록 구성된다. 조절가능한 광학기는 조명 빔의 회절 타겟 상의 입사각을 조절하여, 회절 타겟의 주기성과 매칭되도록 무늬 패턴의 주기성을 조절하도록 구성된다. 검출 시스템은 각각의 센서에 커플링되는 제 2 프로세서를 더 포함한다. 제 2 프로세서는 기판 상의 복수 개의 회절 타겟의 각각의 회절 타겟의 특성에 기반하여 처리 오차를 결정하도록 구성된다.

일부 실시형태들에서, 회절 타겟의 특성은 정렬 위치이다.

일부 실시형태들에서, 각각의 검출기 시스템은 기판 상의 복수 개의 회절 타겟의 특성을 동시에 측정한다. 일부 실시형태들에서, 복수 개의 센서는 공통 플랫폼 상에 집적된다. 일부 실시형태들에서, 제 2 프로세서는 광섬유를 통하여 각각의 센서에 커플링된다.

본 발명의 다른 특징과 장점 및 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 예시를 위해 제공될 뿐이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하는 추가적인 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다.

본 명세서에 통합되며 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명을 도시하며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 이론을 설명하고 당업자가 본 발명을 생산하고 사용하도록 하는데 더욱 기여한다.
도 1은 예시적인 실시형태에 따르는 리소그래피 장치 개략도이다.
도 2는 예시적인 실시형태에 따르는 센서 장치의 측면 개략도이다.
도 3은 예시적인 실시형태에 따르는 도 2의 센서 장치의 조명 시스템의 개략적인 상단 사시도이다.
도 4는 예시적인 실시형태에 따르는 대안적인 센서 장치의 개략적인 상단 사시도이다.
도 5는 예시적인 실시형태에 따르는 검출 시스템의 개략적인 상단 평면도이다.
본 발명의 피처 및 장점은 도면과 함께 아래에서 진술되는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것인데, 도면에서 유사한 참조 기호는 전체적으로 대응하는 요소들을 식별한다. 도면에서, 유사한 부재 번호는 동일하고 기능적으로 유사하며, 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 일반적으로 표시한다. 추가적으로, 레퍼런스 번호의 가장 왼쪽의 숫자(들)는 일반적으로 해당 레퍼런스 번호가 등장하는 도면을 식별한다. 달리 표시되지 않는 한, 본 명세서 전체에서 제공된 도면은 척도에 맞는 도면이라고 해석되어서는 안된다.

이러한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 본 명세서의 피쳐를 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)는 본 발명을 단지 예시할 뿐이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 한정되지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의하여 정의된다.

설명된 실시예(들) 및 명세서에서, "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예" 등에 대한 언급은 기술된 실시예(들)가 특정 요소, 구조, 또는 특징을 포함할 수 있지만, 각각의 실시예가 이러한 특정 요소, 구조, 또는 특징을 반드시 포함하지 않을 수도 있음을 뜻한다. 더욱이, 이러한 문구들은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 나아가, 특정 요소, 구조, 또는 특징이 실시예와 관련하여 기술될 때, 명시적으로 기술되든 아니든, 다른 실시예와 관련하여 이러한 요소, 구조, 또는 특징을 구현하는 것도 당업자의 지식 범위 내에 속한다고 이해된다.

공간적인 상대적 용어, 예컨대 "밑에(beneath)," "아래(below)," "더 낮은(lower)," "위의(above)" "위(on)," "더 위(upper)" 등은 본 명세서에서 설명의 편의를 위하여 하나의 요소 또는 피쳐의 도면에 도시된 바와 같은 다른 요소(들) 또는 피쳐(들)에 대한 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 공간적인 상대적 용어들이 도면에 도시된 방위에 추가하여 사용 중이거나 동작 중인 디바이스의 다른 방위를 망라하는 것이 의도된다. 이러한 장치는 다르게 배향될 수도 있고(90 도 또는 다른 배향으로 회전됨), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술자는 그에 따라 유사하게 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용될 때 "약"이라는 용어는 특정한 기술에 기반하여 변동할 수 있는 주어진 양의 값을 나타낸다. 특정 기술에 기반하여, "약"이라는 용어는, 예를 들어 값의 10??30%(예를 들어, 값의 ㅁ10%, ㅁ20%, 또는 ㅁ30%) 내에서 변하는 주어진 양의 값을 나타낼 수 있다.

본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이것들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 본 발명의 실시예는 또한 머신-판독가능 매체 상에 저장되는 명령으로서 구현될 수도 있고, 이들은 하나 이상의 프로세서에 의하여 판독되고 실행될 수도 있다. 머신-판독가능 매체는 머신(예컨대, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 머신-판독가능 매체는 판독 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기적 디스크 저장 매체; 광학적 저장 매체; 플래시 메모리 디바이스; 전기적, 광학적, 음향학적이거나 다른 형태의 전파된 신호(예를 들어, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호, 등), 및 다른 것들을 포함할 수도 있다. 더 나아가, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 및/또는 명령은 본 명세서에서 특정 동작들을 수행하고 있는 것으로 설명될 수도 있다. 그러나, 이러한 설명들이 단지 편의를 위한 것이라는 것과 이러한 동작들이 사실상 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등을 실행하는 컴퓨팅 디바이스, 프로세서, 제어기, 또는 다른 디바이스로부터 초래된다는 것이 인정되어야 한다.

그러나, 이러한 실시예를 좀 더 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수도 있는 일 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

예시적인 리소그래피 시스템

도 1은 방사선 소스(SO)와 리소그래피 장치(LA)를 포함하는 리소그래피 시스템을 도시한다. 방사선 소스(SO)는 EUV 방사선 빔(B)을 생성하고 EUV 방사선 빔(B)을 리소그래피 장치(LA)에 공급하도록 구성된다. 리소그래피 장치(LA)는 조명 시스템(IL), 패터닝 디바이스(MA)(예를 들어, 마스크)를 지지하도록 구성되는 지지 구조체(MT), 투영 시스템(PS) 및 기판(W)을 지지하도록 구성되는 기판 테이블(WT)을 포함한다.

조명 시스템(IL)은 패터닝 디바이스(MA)에 입사하기 이전에 방사선 빔(B)을 조절하도록 구성된다. 또한, 조명 시스템(IL)은 다면형(facetted) 필드 미러 디바이스(10) 및 다면형 퓨필 미러 디바이스(11)를 포함할 수 있다. 다면형 필드 미러 디바이스(10)와 다면형 퓨필 미러 디바이스(11)는 함께 원하는 단면 형상 및 원하는 세기 분포를 가지는 EUV 방사선 빔(B)을 제공한다. 조명 시스템(IL)은 다면형 필드 미러 디바이스(10) 및 다면형 퓨필 미러 디바이스(11)에 더하여 또는 그 대신에 다른 미러 또는 디바이스를 포함할 수 있다.

이렇게 조절된 후에, EUV 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(MA)와 상호작용한다. 이러한 상호작용의 결과, 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')이 생성된다. 투영 시스템(PS)은 패터닝된 방사선 빔(B')을 기판(W) 상에 투영하도록 구성된다. 이를 위하여, 투영 시스템(PS)은 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')을 기판 테이블(WT)에 의하여 홀딩되는 기판(W) 상에 투영하도록 구성되는 복수 개의 미러(13, 14)를 포함할 수 있다. 투영 시스템(PS)은 축소 인자를 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')에 적용하여, 패터닝 디바이스(MA) 상의 대응하는 피쳐보다 더 작은 피쳐가 있는 이미지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 4 또는 8의 축소 인자가 적용될 수 있다. 비록 투영 시스템(PS)이 도 1에서 두 개의 미러(13, 14)를 가지는 것으로 예시되지만, 투영 시스템은 임의의 상이한 개수의 미러(예를 들어 6 개 또는 8 개의 미러)를 포함할 수도 있다.

기판(W)은 이전에 형성된 패턴을 포함할 수도 있다. 이러한 경우에, 리소그래피 장치(LA)는 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')에 의해 형성되는 이미지를 이전에 기판(W)에 형성된 패턴과 정렬한다.

상대적인 진공, 즉 대기압에 훨씬 못 미치는 압력의 적은 양의 가스(예를 들어 수소)가 방사선 소스(SO), 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS) 내에 제공될 수 있다.

방사선 소스(SO)는 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스, 방전 생성 플라즈마(DPP) 소스, 자유 전자 레이저(FEL) 또는 EUV 방사선을 생성할 수 있는 임의의 다른 방사선 소스일 수 있다.

예시적인 센서 장치

위에서 논의된 바와 같이, 리소그래피 프로세스가 디바이스 피쳐를 기판 상에 정확하게 배치하도록 제어하기 위하여, 일반적으로 하나 이상의 정렬 마크가 기판 상에 제공되고, 리소그래피 장치는 기판 상의 마크의 위치를 정확하게 하나 이상의 정렬 센서를 캔 포함할 수 있다. 더욱이, 무늬 패턴이 정렬 센서의 두 개의 축외 가간섭성 빔에 의해서 형성되어 구조화된 조명을 제공할 수 있는데, 이것은 정렬 마크 비대칭을 검사하기 위한 투영된 레퍼런스 격자로서의 역할을 수행하고, 별개의 물리적인 레퍼런스 격자에 대한 필요성을 없앤다.

현존하는 정렬 시스템 및 기법은 일부 단점 및 한계에 노출되어 있다. 예를 들어, 이들은 일반적으로 정렬 마크 필드 내의 왜곡(즉, 필드내 왜곡)을 측정할 수 없다. 더 나아가, 이러한 시스템은 일반적으로 상대적으로 대형이다. 더욱이, 이러한 시스템은 더 정밀한 정렬 격자 피치, 예를 들어 약 1 마이크론 미만의 격자 피치를 지원하지 않는다.

프로세스-유발 웨이퍼 오차가 제품상 오버레이(On Product Overlay; OPO) 오차에 대한 주된 기여자이다. OPO 오차는 패턴의 폭잡도와 패터닝된 층들의 양에 기인한다. OPO 오차는 상대적으로 높은 공간적 변동이고, 이것은 웨이퍼마다 그리고 각각의 웨이퍼 내에서 변할 수 있다. 한 필드 내의 여러 정렬 마크의 상대 위치의 측정치는 OPO 오차를 줄이고 정정하는 것을 도울 수 있다. 필드 내의 OPO 오차를 정정하기 위해서, 필드 내에서의 정렬 오차 변동이, 예를 들어 회귀 모델에서 사용될 수 있다. 복수 개의 정렬 마크의 측정은 필드내 왜곡을 모델링하고 정정하게 할 수 있다. 예를 들어, 전체 쓰루풋에 영향을 주지 않고서 필드내 왜곡의 정정을 가능하게 하기 위하여, 병렬 웨이퍼 정렬 센서들이 구현될 수 있다.

간섭측정 및 멀티-모드 간섭(multi-mode interference; MMI)에 기반한 병렬 웨이퍼 정렬 센서는 2018 년 8 월 29 일에 출원되고 발명의 명칭이 "Compact Alignment Sensor Arrangements"이며 본 명세서에서 그 전체가 원용에 의해 포함되는 미국 가출원 번호 제 62/724,198에서 설명된다. 그러나, MMI 디자인은 정밀하고 일관적인 웨이퍼 정렬을 위해서 높은 안정성 및 위상 정확도를 요구한다. 더 나아가, MMI 디자인에 대해서는 커플링 손실이 커지고, 더 직접적인 측정이 소망된다.

자기-정렬되고 콤팩트한 직접 측정 센서 시스템은 개선된 정확도, 비용 효율, 및 확장가능성을 제공한다. 예를 들어 동일한 공통 플랫폼 상에 구현되는 대략적으로 약 10 mm x 10 mm인 콤팩트한 센서는 수 백 개의 센서들의 센서 어레이를 형성할 수 있다. 이러한 소형화된 센서(예를 들어, 10 mm x 10 mm)는 기판 상의 정렬 마크의 특정한 특성(예를 들어, 정렬 위치 등)을 측정할 수 있다. 또한, 컴포넌트들(예를 들어, 조명 소스, 섬유, 미러, 렌즈, 도파로, 검출기, 프로세서 등)을 하나의 "온 칩(on chip)" 센서 내에 집적시키면 소형화가 개선될 수 있다. 또한, 동일한 기판의 다수의 정렬 마크가 다수의 센서(예를 들어, 센서 어레이)에 의하여 검사될 수 있고, 상이한 측정들이 동시에 또는 실시간으로 수행될 수 있다. 후술되는 바와 같은 자기-정렬되고 콤팩트한 센서 시스템은 감소된 점유공간을 제공할 수 있고, 필드내 왜곡의 측정치를 개선시킬 수 있다.

도 2 및 도 3은 예시적인 다양한 실시예들에 따른 센서 장치(200)를 도시한다. 센서 장치(200)는 기판(202) 상의 회절 타겟(204)의 특성(예를 들어, 정렬 위치 등)을 측정하고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA) 내에서의 정렬 및 필드내 왜곡을 개선시키도록 구성될 수 있다. 비록 도 2 및 도 3에서 센서 장치(200)가 독립형 장치로 도시되지만, 본 발명의 실시형태는 이러한 예로 한정되지 않고, 본 발명의 실시형태에 따른 센서 장치(200)는 다른 광학 시스템, 예컨대 비한정적으로 리소그래피 장치(LA) 및/또는 다른 광학 시스템과 함께 사용될 수 있다.

도 2는 예시적인 일 실시예에 따르는 센서 장치(200 측면 개략도이다. 센서 장치(200)는 조명 시스템(220), 검출기 시스템(270), 및 프로세서(298)를 포함할 수 있다. 도 3은 예시적인 실시형태에 따르는, 도 3에 도시된 바와 같은 센서 장치(200)의 조명 시스템(220)의 개략적인 상단 사시도를 도시한다.

조명 시스템(220)은 조명 빔(226)을 조명 경로(232)를 따라서 회절 타겟(204)을 향해 전송하여 무늬 패턴(242)을 형성하도록 구성될 수 있다. 무늬 패턴(242)(예를 들어, 모아레 패턴)은 구조화된 조명을 제공하고, 모아레 효과를 활용하여 회절 타겟(204) 비대칭을 검사하기 위한 투영된 레퍼런스 격자와 같은 역할을 하도록 구성될 수 있다. 모아레 효과는 투명한 갭(예를 들어, 평행선)이 있는 불투명한 패턴이 다른 유사한 패턴 상에 오버레이될 때 나타나는 큰 스케일의 간섭 효과이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 조명 시스템(220)은 가간섭성 조명 소스(222), 조명 커플링(224), 조명 빔(226), 제 1 가간섭성 축외 조명 빔(228), 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(230), 조명 경로(232), 제 1 입사각(238), 제 2 입사각(240), 무늬 패턴(242), 및 조절가능한 광학기(250)를 포함할 수 있다. 조명 소스(222)는 조명 빔(226)을 생성할 수 있고, 조명 커플링(224), 예를 들어 광학 섬유 포트 또는 도파로에 커플링될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 조명 시스템(220)은 조명 빔(226)을 회절 타겟(204)을 향하여 커플링하기 위한 하나 이상의 도파로 또는 격자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 조명 시스템(220)은 제 1 및 제 2 조명 도파로(234, 236)를 포함할 수 있고, 이들은, 예를 들어 서브파장(subwavelength) 구조체 또는 격자일 수 있고, 가간섭성 조명 소스(222)으로부터의 광을 조명 시스템(220) 밖으로 회절 타겟(204)을 향해 커플링하도록 구성될 수 있다.

조명 시스템(220)은 하나 이상의 통과대역을 가지는 가간섭성 전자기 브로드밴드 조명 빔(226)을 제공하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 하나 이상의 통과대역은 약 500 nm 내지 약 2000 nm의 파장의 스펙트럼 내에 있을 수 있다. 조명 시스템(220)은 긴 시간 기간에 걸쳐서(예를 들어, 조명 시스템(220)의 수명에 걸쳐서) 실질적으로 일정한 중심 파장(constant center wavelength; CWL) 값을 가지는 하나 이상의 통과대역을 제공하도록 더 구성될 수 있다.

조명 커플링(224)은 조명 빔(226)을 조명 경로(232)를 따라서 회절 타겟(204)으로 지향시킬 수 있다. 조명 커플링(224), 예를 들어 도파로는 가간섭성 조명 소스(222)로부터의 조명 빔(226)을 제 1 가간섭성 축외 조명 빔(228) 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(230)으로 분할한다. 조명 경로(232)는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 제 1 조명 경로(232a) 및 제 2 조명 경로(232b)를 포함할 수 있다. 제 1 가간섭성 축외 조명 빔(228)은 제 1 조명 경로(232a)를 따라서 회절 타겟(204)으로 지향될 수 있다. 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(230)은 제 2 조명 경로(232b)를 따라서 회절 타겟(204)으로 지향될 수 있다. 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)은 조명 시스템(220)에 인접하게 배치된 기판(202) 상의 회절 타겟(204)을 향해 지향된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)은 회절 타겟(204) 상에 무늬 패턴(242)을 생성할 수 있다. 제 1 가간섭성 축외 조명 빔(228)은 제 1 입사각(238)에서 회절 타겟(204)으로 지향될 수 있고, 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(230)은 제 2 입사각(240)에서 회절 타겟(204)으로 지향될 수 있다. 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)은 중첩하고 간섭을 일으켜서 구조화된 조명 무늬 패턴(242)을 형성할 수 있는데, 그 이유는 이러한 빔들이 가간섭성이기 때문이다. 무늬 패턴(242)(예를 들어, 모아레 패턴)은 회절 타겟(204) 상의 투영된 레퍼런스 격자로서 동작할 수 있다.

조절가능한 광학기(250)는 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)을 기판(202) 상의 회절 타겟(204)을 향하여 전송하고, 무늬 패턴(242)의 주기성을 조절하기 위하여 제 1 및 제 2 입사각(238, 240) 각각을 조절하도록 구성될 수 있다. 무늬 패턴(242)의 주기성은 제 1 및 제 2 입사각(238, 240)에 비례할 수 있다. 조절가능한 광학기(250)는 제 1 및 제 2 입사각(238, 240)을 조절하여 무늬 패턴(242)의 주기성을 변경함으로써, 회절 타겟(204)의 주기성을 상기 무늬 패턴(242)의 주기성과 매칭시키도록 구성될 수 있다. 무늬 패턴(242)의 주기성이 회절 타겟(204)의 주기성과 정렬되면(예를 들어, 매칭되면), 센서 장치(200) 내의 수차가 검출기 시스템(270)에 의해 검출되는 신호 빔(290)을 변경하지 않는다.

조절가능한 광학기(250)는 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)의 제 1 및 제 2 입사각(238, 240)을 변경할 수 있는 임의의 광학기(예를 들어, 미러, 렌즈, 프리즘, 도파로, 광학적 변조기 등)일 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하여 상세히 후술되는 바와 같이, 조절가능한 광학기(250)는 조절가능한 프리즘 미러(252) 및 제 1 및 제 2 축외 미러(256, 258)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면 상세히 후술되는 바와 같이, 조절가능한 광학기(250)는 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b) 및/또는 제 1 및 제 2 조명 도파로(234, 236)를 각각 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 조절가능한 광학기(250)는 조절가능한 프리즘 미러(252), 제 1 축외 미러(256), 및 제 2 축외 미러(258)를 포함할 수 있다. 조절가능한 프리즘 미러(252)는 조절가능한 프리즘 미러(252)의 조명 빔(226)에 대한 위치를 조절함으로써, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조절가능한 프리즘 미러(252)는 조명 커플링(224)을 향해서 또는 그로부터 병진하거나, 조명 커플링(224)에 대해서 회전 또는 틸트하여, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 미러(256, 258) 각각 상에서의 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)의 스폿 위치를 변경할 수 있다. 조절가능한 프리즘 미러(252)의 조명 빔(226)에 대한 위치를 조절함으로써, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 각각의 제 1 및 제 2 입사각(238, 240)은 무늬 패턴(242)의 주기성이 비례적으로 변경되도록 변경될 수 있다. 조절가능한 프리즘 미러(252)는 무늬 패턴(242)의 주기성이 회절 타겟(204)의 주기성이 매칭되도록 조절하기 위하여 조절(예를 들어, 병진, 회전, 틸트 등)될 수 있다. 제 1 및 제 2 축외 미러(256, 258)는 고정될 수 있고 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 각각을 회절 타겟(204)을 향하여 반사하도록 구성될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 조절가능한 프리즘 미러(252)는 미세전자기계 시스템(MEMS)-기반 액츄에이터를 포함할 수 있고, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 각각의 제 1 및 제 2 조명 경로(232a, 232b), 및 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 각각의 제 1 및 제 2 입사각(238, 240)을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조절가능한 프리즘 미러(252)의 MEMS-기반 액츄에이터는 회절 타겟(204) 상의 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)의 초점 스폿을 제어할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및/또는 제 2 축외 미러(256, 258)는 평면 미러, 각진 미러, 포물 미러, 또는 타원 미러일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 축외 미러(256, 258)는 포물형일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및/또는 제 2 축외 미러(256, 258)는 조절가능할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및/또는 제 2 축외 미러(256, 258)는 MEMS-기반 액츄에이터를 각각 포함할 수 있다.

일부 실시형태들에서, 제 1 입사각(238) 및 제 2 입사각(240)은 동일할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)은 회절 타겟(204) 상에 포커싱될 수 있다. 예를 들어, 조절가능한 광학기(250)는 포커싱 광학기, 예를 들어 약 1 mm 이하의 초점 길이에 대해서 최적화된 제 1 및 제 2 축외 미러(256, 258)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)은 회절 타겟(204) 상의 디포커스된 빔일 수 있다.

가간섭성 조명 소스(222)로부터의 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)은 조명 시스템(220)에 인접하게 배치된 기판(202)상의 회절 타겟(204)을 향해 투과되고, 신호 빔(290)을 생성한다. 신호 빔(290)은 회절 타겟(204)으로부터 회절된 회절 차수 서브-빔들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 신호 빔(290)은 제 1 회절 차수 서브-빔(292), 제 2 회절 차수 서브-빔(294), 및 제 3 회절 차수 서브-빔(296)을 포함할 수 있다.

일부 실시형태들에서, 제 1 회절 차수 서브-빔(292)은 음의 회절 차수 서브-빔(예를 들어, ??1 차)일 수 있고, 제 2 회절 차수 서브-빔(294)은 양의 회절 차수 서브-빔(예를 들어, +1 차)일 수 있으며, 제 3 회절 차수 서브-빔(296)은 0차 회절 차수 서브-빔(예를 들어 0 차)일 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 및 제 3 회절 차수 서브-빔(292, 294, 296)은 검출기 시스템(270)을 향하여, 예를 들어 고정식 광학기(216) 및 검출기(218)를 향하여 투과될 수 있다.

검출기 시스템(270)은 신호 빔(290)을 수집하도록 구성될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 검출기 시스템(270)은 고정식 광학기(216) 및 검출기(218)를 포함할 수 있다. 고정식 광학기(216)는 신호 빔(290)을 수집하고 신호 빔(290)을 검출기(218)를 향하여 전송하도록 구성될 수 있다. 검출기(218)는 신호 빔(290)의 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 회절 차수 서브-빔(292, 294, 296)을 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 고정식 광학기(216)는 저개구수(NA) 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 고정식 광학기(216)는 약 0.1 내지 약 0.4의 NA를 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 고정식 광학기(216)는 무색수차(achromatic) 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 고정식 광학기(216)는 무색수차 이중렌즈(doublet)일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검출기 시스템(270)은 회절 타겟(204)의 특성을 신호 빔(290)에 기반하여 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검출기 시스템(270)에 의하여 측정되는 회절 타겟(204)의 특성은 정렬 위치이다. 일부 실시형태들에서, 검출기(218)는 광검출기, 포토다이오드, 전하-결합 디바이스(CCD), 애벌랜치 포토다이오드(APD), 카메라, PIN 검출기, 멀티-모드 섬유, 단일-모드 섬유, 또는 임의의 다른 적절한 광학적 검출기일 수 있다.

일 실시형태에서, 회절 타겟(204)은 정렬 마크일 수 있다. 일 실시형태에서, 기판(202)은 스테이지에 의해 지지되고 정렬 축을 따라서 중앙이 결정될 수 있다. 일부 실시형태에서는, 기판(202) 상의 회절 타겟(204)은 1-D 격자일 수도 있으며, 이러한 1-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 솔리드 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 프린트된다. 일부 실시형태에서, 타겟(204)은 2-D 어레이 또는 격자일 캔 있으며, 이 2-D 격자는 현상 후에 격자가 솔리드 레지스트 필라(solid resist pillar) 또는 레지스트 내의 비아(via)로 형성되도록 프린트된다. 예를 들어, 바, 필러, 또는 비아는 이와 달리 기판(202) 내로 에칭될 수도 있다.

프로세서(298)는 회절 타겟(204)의 특성을 신호 빔(290)에 기반하여 측정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(298)는 검출기 시스템(270), 조명 시스템(220)과 통합되거나, 검출기 시스템(270) 및 조명 시스템(220)의 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세서(298)는 조명 시스템(220)의 상단면에 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세서(298)는 제 1 제어 신호(299a) 및/또는 제 2 제어 신호(299b)를 포함할 수 있다. 제 1 제어 신호(299a)는 가간섭성 조명 소스(222) 및 프로세서(298) 사이에서 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다. 제 2 제어 신호(299b)는 검출기(218) 및 프로세서(298) 사이에서 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다. 프로세서(298)는 제 1 제어 신호(299a)를 통하여 조명 시스템(220)에 커플링될 수 있다. 프로세서(298)는 제 2 제어 신호(299b)를 통하여 검출기 시스템(270)에 커플링될 수 있다. 제어 신호(299a, 299b)는 광섬유를 통하여 조명 시스템(220) 및/또는 검출기 시스템(270)에 커플링될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 프로세서(298)는 회절 타겟(204)의 특성을 신호 빔(290)에 기반하여 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(298)에 의해 측정되는 회절 타겟(204)의 특성은 정렬 위치일 수 있다.

일부 실시형태들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세서(298)는 조명 시스템(220)에 통합될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서(298)는 검출기 시스템(270) 외부에 있고, 예를 들어 광섬유 케이블에 의하여 검출기 시스템(270)에 커플링될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서(298)는 조명 시스템(220)의 외부에 있고, 예를 들어 광섬유 케이블에 의하여 조명 시스템(220)에 커플링될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서(298)는 검출기 시스템(270)에 의해 검출되는 회절 타겟(204)의 특성(예를 들어, 정렬 위치 등)에 기반하여 필드내 왜곡을 결정하도록 구성될 수 있다.

조명 시스템(220) 및 검출기 시스템(270)은 변위각(212)만큼 분리될 수 있다. 변위각(212)은 약 1 도 내지 약 3 도가 되도록 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 변위각(212)은 조명 시스템(220) 및 회절 타겟(204)에 수직인 축 사이의 제 1 변위각(212a), 및 검출기 시스템(270) 및 회절 타겟(204)에 수직인 축 사이의 제 2 변위각(212b)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 변위각(212a, 212b)은 동일하다. 센서 장치(200)는 자기-정렬되고 콤팩트한 시스템이 되도록 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 센서 장치(200)의 길이방향 면적(214)은 약 10 mm * 10 mm 미만일 수 있다.

대안적인 센서 장치

도 4는 다양한 실시형태에 따르는 대안적인 센서 장치(200')의 개략적인 상단 사시도를 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시되는 센서 장치(200)의 실시형태 및 도 4에 도시되는 센서 장치(200')의 실시형태는 유사하다. 도 2 및 도 3에 도시되는 센서 장치(200)의 실시형태의 유사한 피쳐 및 도 4에 도시되는 센서 장치(200')의 실시형태의 유사한 피쳐를 표시하기 위하여 유사한 레퍼런스 번호가 사용된다. 도 2 및 도 3에 도시되는 센서 장치(200)의 실시형태와 도 4에 도시되는 센서 장치(200')의 실시형태의 주된 차이는, 조명 시스템(220')이 제 1 가변 위상 변조기(254a), 제 2 가변 위상 변조기(254b), 제 1 조명 도파로(234), 및 제 2 조명 도파로(236)를 포함하고, 검출기 시스템(270)이 제 1 조명 도파로(234)에 커플링된 제 1 가변 위상 변조기(254a) 및 제 2 조명 도파로(236)에 커플링된 제 2 가변 위상 변조기(254b) 사이에 배치되는 것이다.

도 4에 도시되는 바와 같이, 센서 장치(200')는 조명 시스템(220') 및 검출 시스템(270)을 포함한다. 비록 도 4에서 센서 장치(200')가 독립형 장치로 도시되지만, 본 발명의 실시형태는 이러한 예로 한정되지 않고, 본 발명의 실시형태에 따른 센서 장치(200)는 다른 광학 시스템, 예컨대 비한정적으로 센서 장치(200), 리소그래피 장치(LA) 및/또는 다른 광학 시스템과 함께 사용될 수 있다. 조명 시스템(220')은 조절가능한 광학기(250)를 포함할 수 있다. 조절가능한 광학기(250)는 가변 위상 변조기(254), 제 1 조명 도파로(234), 및 제 2 조명 도파로(236)를 포함할 수 있다.

가변 위상 변조기(254)는 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)는 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)의 전파 상수를 조절함으로써, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 각각의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)의 전파 상수는 제 1 및 제 2 조명 도파로(234, 236) 각각에 커플링된 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)의 위치를 변경하도록 조절될 수 있다(예를 들어, 굴절률 등을 변경하기 위하여 열적 그레디언트, 전압, 압력, 백필링된(backfilled) 가스를 적용함으로써). 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)의 전파 상수를 조절함으로써, 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 각각의 제 1 및 제 2 입사각(238, 240)은 무늬 패턴(242)의 주기성이 비례적으로 변경되도록 변경될 수 있다. 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)는 회절 타겟(204)의 주기성에 매칭되도록 무늬 패턴(242)의 주기성을 조절하기 위하여 조절될 수 있다(예를 들어, 전파 상수 B가 조절됨). 제 1 및 제 2 조명 도파로(234, 236)는 고정될 수 있고, 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b) 각각으로부터의 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)을 회절 타겟(204)을 향하여 커플링하도록 구성될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 제 1 및/또는 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)는 전기-광학 변조기(EOM), 음향-광학 변조기(AOM), 또는 액정 변조기(LCM)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및/또는 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)는 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 각각의 제 1 및 제 2 조명 경로(232a, 232b), 및 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 각각의 제 1 및 제 2 입사각(238, 240)을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 열적 그레디언트가 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b)에 적용되고, 회절 타겟(204) 상의 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)의 위치를 제어할 수 있다.

제 1 및 제 2 조명 도파로(234, 236)는 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230)을 제 1 및 제 2 가변 위상 변조기(254a, 254b) 각각으로부터 수신하고, 조명 빔(226)을 조명 시스템(220')에 인접하게 배치된 기판(202) 상의 회절 타겟(204)을 향하여 전송하며, 신호 빔(290)을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 조명 도파로(234, 236)는 서로에 대하여 대칭으로 배열될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 조명 도파로(234, 236)는 구조화된 평면형 격자일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 검출기 시스템(270)은 조명 시스템(220')의 제 1 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔(228, 230) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 고정식 광학기(216), 제 1 조명 도파로(234), 및 제 2 조명 도파로(236)는 공통 내에 배치되어, 신호 빔(290)이 고정식 광학기(216) 및 회절 타겟(204)에 수직으로 정렬될 수 있게 할 수 있다.

예시적인 검출 시스템

도 5는 예시적인 일 실시예에 따르는 검출 시스템(500)의 개략적인 상단 평면도를 도시한다. 검출 시스템(500)은 기판(202) 상의 회절 타겟(204)과 유사한 복수 개의 회절 타겟(204)의 특성(예를 들어, 정렬 위치 등)을 측정하고, 기판(202) 상의 복수 개의 회절 타겟(204)의 각각의 회절 타겟(204)의 특성에 기반하여 필드내 왜곡을 결정하도록 구성될 수 있다. 검출 시스템(500)은, 예를 들어 리소그래피 장치(LA) 내의 필드내 왜곡을 정정하고, 정렬을 개선시킬 수 있다. 검출 시스템(500)은 센서 장치(200) 또는 센서 장치(200')과 각각 유사한 복수 개의 센서(200), 및 제 2 프로세서(580)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 센서 장치(200)는 공통 플랫폼(502) 상에 배치되고, 제 2 프로세서(580)에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 센서 장치(200)는 광섬유(504)를 통하여 제 2 프로세서(580)에 연결될 수 있다. 공통 플랫폼(502) 및 복수 개의 센서(200)는 복수 개의 회절 타겟(204) 위에 배치될 수 있다. 비록 검출 시스템(500)이 도 5에서 독립형 장치로 도시되지만, 본 발명의 실시형태는 이러한 예로 한정되지 않고, 본 발명의 실시형태에 따른 검출 시스템(500)은 다른 광학 시스템, 예컨대 비한정적으로 리소그래피 장치(LA) 및/또는 다른 광학 시스템과 함께 사용될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 센서 어레이는 공통 플랫폼(502) 상에 배치된 복수 개의 센서(200)로 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 복수 개의 센서(200)는 공통 플랫폼(502) 상에서 서로에 대해 대칭으로 배열될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 회절 타겟(204)의 특성은 정렬 위치이다. 일부 실시형태들에서, 복수 개의 센서(200)의 각각의 프로세서(298) 또는 검출기 시스템(270)은 기판(202) 상에서 각각의 센서(200) 아래에 배치된 복수 개의 회절 타겟(204)의 특성을 동시에 또는 실시간으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 센서(200)에 의해 측정되는 복수 개의 회절 타겟(204)의 복수 개의 특성은 0.2 초 내에 나타날 수 있다.

이러한 실시예들은 다음 절들을 사용하여 더 기술될 수 있다.

1. 센서 장치로서,

조명 경로를 따라서 조명 빔을 전송하도록 구성되는 조명 시스템 - 상기 조명 시스템은 조명 빔을 조명 시스템에 인접하게 배치된 기판 상의 회절 타겟을 향해 전송하도록 구성된 조절가능한 광학기를 포함하며, 전송하는 것은 상기 회절 타겟 상에 무늬 패턴을 생성하게 되고, 신호 빔은 상기 회절 타겟에 의해 회절되는 회절 차수 서브-빔을 포함함 -;

상기 신호 빔을 수집하도록 구성된 검출기 시스템; 및

상기 회절 타겟의 특성을 상기 신호 빔에 기반하여 측정하도록 구성된 프로세서를 포함하고,

상기 조절가능한 광학기는 상기 무늬 패턴의 주기성이 상기 회절 타겟의 주기성과 매칭되게 조절하도록, 상기 조명 빔의 상기 회절 타겟 상의 입사각을 조절하게끔 구성되는, 센서 장치.

2. 제 1 절에 있어서,

상기 회절 타겟의 특성은 정렬 위치인, 센서 장치.

3. 제 1 절에 있어서,

상기 조절가능한 광학기는 프리즘 미러를 포함하되, 상기 프리즘 미러는 프리즘 미러의 상기 조명 빔에 대한 위치를 조절함으로써 상기 조명 빔의 위치를 조절하도록 구성되는, 센서 장치.

4. 제 3 절에 있어서,

상기 프리즘 미러는 미세전자기계 시스템-기반 액츄에이터를 포함하는, 센서 장치.

5. 제 1 절에 있어서,

상기 조절가능한 광학기는 가변 위상 변조기를 포함하되, 상기 가변 위상 변조기는 가변 위상 변조기의 전파 상수(propagation constant)를 조절함으로써 상기 조명 빔의 위치를 조절하도록 구성되는, 센서 장치.

6. 제 5 절에 있어서,

상기 가변 위상 변조기는 전기-광학 변조기, 음향-광학 변조기, 또는 액정 변조기를 포함하는, 센서 장치.

7. 제 1 절에 있어서,

상기 조명 시스템은 가간섭성 조명 소스를 포함하고,

상기 조명 빔은 제 1 가간섭성 축외(off-axis) 조명 빔 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 포함하는, 센서 장치.

8. 제 7 절에 있어서,

상기 무늬 패턴은 제 1 가간섭성 축외 조명 빔과 제 2 가간섭성 축외 조명 빔의 간섭에 의하여 생성되는, 센서 장치.

9. 제 7 절에 있어서,

상기 조명 시스템은,

상기 제 1 가간섭성 축외 조명 빔을 상기 회절 타겟을 향하여 전송하도록 구성된 제 1 광학기 및 상기 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 상기 회절 타겟을 향하여 전송하도록 구성된 제 2 광학기를 포함하는, 센서 장치.

10. 제 7 절에 있어서,

상기 제 1 가간섭성 축외 조명 빔의 입사각 및 상기 제 2 가간섭성 축외 조명 빔의 입사각은 동일한, 센서 장치.

11. 제 1 절에 있어서,

상기 검출기 시스템은,

상기 신호 빔을 수집하도록 구성된 고정식 광학기, 및

상기 신호 빔의 제 1 회절 차수 서브-빔, 상기 신호 빔의 제 2 회절 차수 서브-빔, 및 상기 신호 빔의 제 3 회절 차수 서브-빔을 검출하도록 구성된 검출기를 포함하는, 센서 장치.

12. 제 11 절에 있어서,

상기 검출기는 멀티-모드 섬유를 포함하는, 센서 장치.

13. 제 1 절에 있어서,

상기 조명 시스템 및 상기 검출기 시스템은 약 1 도 내지 약 3 도의 각도만큼 분리되는, 센서 장치.

14. 제 1 절에 있어서,

상기 센서 장치의 길이방향 면적은 약 10 mm * 10 mm 이하이고,

조명 빔 파장은 약 500 nm 내지 약 2000 nm인, 센서 장치.

15. 제 1 절에 있어서,

상기 조명 빔은 제 1 가간섭성 축외 조명 빔 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 포함하고,

상기 검출기 시스템은 상기 제 1 가간섭성 축외 조명 빔과 제 2 가간섭성 축외 조명 빔 사이에 배치되는, 센서 장치.

16. 검출 시스템으로서,

서로 대칭적으로 배치되고 기판 상의 복수 개의 회절 타겟 위에 배치되는 복수 개의 센서를 포함하고,

각각의 센서는,

조명 경로를 따라서 조명 빔을 전송하도록 구성되는 조명 시스템 - 상기 조명 시스템은 조명 빔을 조명 시스템에 인접하게 배치된 기판 상의 회절 타겟을 향해 전송하도록 구성된 조절가능한 광학기를 포함하며, 전송하는 것은 상기 회절 타겟 상에 무늬 패턴을 생성하게 되고, 신호 빔은 상기 회절 타겟에 의해 회절되는 회절 차수 서브-빔을 포함함 -;

상기 신호 빔을 수집하도록 구성된 검출기 시스템; 및

상기 회절 타겟의 특성을 상기 신호 빔에 기반하여 측정하도록 구성된 프로세서를 포함하며,

상기 조절가능한 광학기는 상기 무늬 패턴의 주기성이 상기 회절 타겟의 주기성과 매칭되게 조절하도록, 상기 조명 빔의 상기 회절 타겟 상의 입사각을 조절하게끔 구성되고,

제 2 프로세서가 각각의 센서에 커플링되고, 상기 기판 상의 복수 개의 회절 타겟의 각각의 회절 타겟의 특성에 기반하여 처리 오차를 결정하도록 구성되는, 검출 시스템.

17. 제 16 절에 있어서,

상기 회절 타겟의 특성은 정렬 위치인, 검출 시스템.

18. 제 16 절에 있어서,

각각의 검출기 시스템은 상기 기판 상의 복수 개의 회절 타겟의 특성을 동시에 측정하는, 검출 시스템.

19. 제 16 절에 있어서,

상기 복수 개의 센서는 공통 플랫폼 상에 집적되는, 검출 시스템.

20. 제 16 절에 있어서,

상기 제 2 프로세서는 광섬유를 통하여 각각의 센서에 커플링되는, 검출 시스템.

비록 본문에서(IC)의 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 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 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 기판은, 예를 들어 트랙 유닛(통상적으로 레지스트 층을 기판에 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 계측 유닛 및/또는 검사 유닛에서, 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 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서 본 발명의 실시형태를 사용하는 것에 대해 특정하여 언급하였지만, 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 적용함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.

본 명세서에서 구문 또는 어휘는 설명의 목적을 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 따라서 본 명세서의 용어 또는 구문은 본 명세서에서의 교시 내용을 고려하여 당업자(들)에 의하여 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용될 때 "기판"이라는 용어는 재료 층이 그 위에 추가되는 재료를 기술한다. 일부 실시형태들에서, 기판 자체는 패터닝될 수 있고, 그 위에 추가된 재료도 역시 패터닝될 수 있거나, 패터닝이 없이 남겨질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이것들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 본 발명의 실시예는 또한 머신-판독가능 매체 상에 저장되는 명령으로서 구현될 수도 있고, 이들은 하나 이상의 프로세서에 의하여 판독되고 실행될 수도 있다. 머신-판독가능 매체는 머신(예컨대, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 머신-판독가능 매체는 판독 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기적 디스크 저장 매체; 광학적 저장 매체; 플래시 메모리 디바이스; 전기적, 광학적, 음향학적이거나 다른 형태의 전파된 신호 및 다른 것들을 포함할 수도 있다. 더 나아가, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 및/또는 명령은 본 명세서에서 특정 동작들을 수행하고 있는 것으로 설명될 수도 있다. 그러나, 이러한 설명들이 단지 편의를 위한 것이라는 것과 이러한 동작들이 사실상 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 및/또는 명령을 실행하는 컴퓨팅 디바이스, 프로세서, 제어기, 또는 다른 디바이스로부터 초래된다는 것이 인정되어야 한다.

후속하는 예들은 본 발명의 구현형태들의 예시하지만, 한정하지 않는다. 당업계에서 보통 만나게 되고 당업자에게 명백하게 이해될 다양한 조건 및 파라미터의 다른 적절한 변형 및 적응은 본 발명의 사상 및 범위 안에 속한다.

비록 본 명세서에서는 본 발명에 따른 장치 및/또는 시스템을 IC를 제조하는 분야에 사용하는 것을 특별하게 참조할 수 있지만, 이러한 장치 및/또는 시스템은 그 외의 가능한 많은 애플리케이션들을 가진다는 것이 명확하게 이해돼야 한다. 예를 들어, 본 발명은 집적된 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, LCD 패널, 박막 자기 헤드 등의 제조에 채용될 수 있다. 당업자는, 이러한 다른 응용예의 문맥에서, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되는 것으로 이해할 것이다.

비록 본 발명의 특정한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상세한 설명은 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

발명의 내용 및 요약서 섹션이 아니라 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 섹션이 청구항을 해석하기 위하여 사용되도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 발명의 내용 및 요약서는 발명자(들)에 의하여 고찰되는 바와 같은 본 발명의 하나 이상의 그러나 전부가 아닌 예시적인 실시예들을 진술할 수도 있으며, 따라서 어떠한 경우에도 본 발명 및 첨부된 청구항을 한정하는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명은 특정 기능부 및 이들의 관계에 대한 구현을 예시하는 기능적 구성 블록들을 이용하여 위에서 설명되었다. 이들 기능적 구성 블록들의 경계는 설명의 편의를 위해 본 명세서 내에서 임의적으로 정해진 것이다. 특정된 기능 및 이들의 관련성이 적절하게 수행되는 한 대안적 경계들이 정의될 수 있다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 수정 및 적응은 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하는 개시 실시예의 등가물의 범위 내에 있도록 의도된다.

본 발명의 적용 범위 및 범위는 전술한 예시 실시형태의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안 되며, 후속하는 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (15)

1. 센서 장치로서,
   조명 경로를 따라서 조명 빔을 전송하도록 구성되는 조명 시스템 - 상기 조명 시스템은 조명 빔을 조명 시스템에 인접하게 배치된 기판 상의 회절 타겟을 향해 전송하도록 구성된 조절가능한 광학기를 포함하며, 전송하는 것은 상기 회절 타겟 상에 무늬 패턴을 생성하게 되고, 신호 빔은 상기 회절 타겟에 의해 회절되는 회절 차수 서브-빔을 포함함 -;
   상기 신호 빔을 수집하도록 구성된 검출기 시스템; 및
   상기 회절 타겟의 특성을 상기 신호 빔에 기반하여 측정하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
   상기 조절가능한 광학기는 상기 무늬 패턴의 주기성이 상기 회절 타겟의 주기성과 매칭되게 조절하도록, 상기 조명 빔의 상기 회절 타겟 상의 입사각을 조절하게끔 구성되는, 센서 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회절 타겟의 특성은 정렬 위치인, 센서 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 조절가능한 광학기는 프리즘 미러를 포함하되, 상기 프리즘 미러는 프리즘 미러의 상기 조명 빔에 대한 위치를 조절함으로써 상기 조명 빔의 위치를 조절하도록 구성되는, 센서 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   프리즘 미러는 미세전자기계 시스템(microelectromechanical system)-기반 액츄에이터를 포함하는, 센서 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 조절가능한 광학기는 가변 위상 변조기를 포함하되, 상기 가변 위상 변조기는 가변 위상 변조기의 전파 상수(propagation constant)를 조절함으로써 상기 조명 빔의 위치를 조절하도록 구성되는, 센서 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 가변 위상 변조기는 전기-광학 변조기, 음향-광학 변조기, 또는 액정 변조기를 포함하는, 센서 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 조명 시스템은 가간섭성 조명 소스를 포함하고,
   상기 조명 빔은 제 1 가간섭성 축외(off-axis) 조명 빔 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 포함하는, 센서 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 무늬 패턴은 제 1 가간섭성 축외 조명 빔과 제 2 가간섭성 축외 조명 빔의 간섭에 의하여 생성되는, 센서 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 조명 시스템은,
   상기 제 1 가간섭성 축외 조명 빔을 상기 회절 타겟을 향하여 전송하도록 구성된 제 1 광학기 및 상기 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 상기 회절 타겟을 향하여 전송하도록 구성된 제 2 광학기를 포함하는, 센서 장치.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 가간섭성 축외 조명 빔의 입사각 및 상기 제 2 가간섭성 축외 조명 빔의 입사각은 동일한, 센서 장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기 시스템은,
    상기 신호 빔을 수집하도록 구성된 고정식 광학기, 및
    상기 신호 빔의 제 1 회절 차수 서브-빔, 상기 신호 빔의 제 2 회절 차수 서브-빔, 및 상기 신호 빔의 제 3 회절 차수 서브-빔을 검출하도록 구성된 검출기를 포함하는, 센서 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 검출기는 멀티-모드 섬유를 포함하는, 센서 장치.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 시스템 및 상기 검출기 시스템은 약 1 도 내지 약 3 도의 각도만큼 분리되는, 센서 장치.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 장치의 길이방향 면적은 약 10 mm * 10 mm 이하이고,
    조명 빔 파장은 약 500 nm 내지 약 2000 nm인, 센서 장치.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 빔은 제 1 가간섭성 축외 조명 빔 및 제 2 가간섭성 축외 조명 빔을 포함하고,
    상기 검출기 시스템은 상기 제 1 가간섭성 축외 조명 빔과 제 2 가간섭성 축외 조명 빔 사이에 배치되는, 센서 장치.

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