KR20220028118A - 계측 디바이스 및 이를 위한 검출 장치 - Google Patents

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KR20220028118A
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니테쉬 판데이
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

샘플로부터 산란된 산란 방사선으로부터 관심 파라미터를 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스를 위한 검출 장치가 개시된다. 검출 장치는 픽셀 어레이를 포함하는 검출기를 포함한다. 픽셀 어레이는, 관심 파라미터가 결정되는 이미지를 검출하기 위한 이미징 픽셀 및 검출기 상에서의 산란 방사선의 입사각을 검출하기 위한 방향 검출용 픽셀을 포함한다.

Description

계측 디바이스 및 이를 위한 검출 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 8월 22일자로 출원된 EP 출원 제19192986.8호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명은 기판 상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 계측 장치 또는 검사 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 계측 디바이스를 위한 검출 장치에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 적용하도록 구성된 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)에 있는 패턴(또는 "설계 레이아웃" 또는 "설계"로도 지칭됨)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상에 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 전형적인 파장은 365nm(i-line), 248nm, 193nm 및 13.5nm 이다. 4-20 nm 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm 의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예컨대 파장 193 nm의 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 로우-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 식은 CD = k1 × λ/NA로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치에서의 투영 광학계의 개구수이고, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄되는 최소 피처 크기이지만, 이 경우 1/2 피치)이고, k1은 실험상 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특별한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위해 회로 설계자가 계획한 형상 및 치수와 유사한 기판 상의 패턴을 재현하는 것이 더 어려워진다. 이러한 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세 조정 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어 NA의 최적화, 커스터마이즈 조명 스킴, 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC, 종종 "광학 및 프로세스 보정"이라고도 함)과 같은 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 "분해능 향상 기법"(RET)으로 일반적으로 규정되는 기타 다른 방법이 여기에 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 계측 장치, 예컨대 스캐터로미터를 포함하여, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 이러한 툴을 지칭하는 일반적인 용어는 계측 장치 또는 검사 장치일 수 있다.
계측 디바이스는 계측 디바이스에 의해 캡처된 이미지에 수차 보정을 적용하기 위해 컴퓨테이션으로 검색된 위상을 이용할 수 있다. 위상의 계산을 위하여, 기술된 한 가지 방법은 다수의 다양한 이미지, 예를 들면 서로 다른 초점 조건 하에서 동일한 타겟에 대한 다수의 이미지를 이용한다. 이것은 일반적으로 샘플(예컨대, 타겟)의 기계적 이동 및 높은 시간 비용이 드는 다수의 이미지 캡처를 필요로 한다. 또한 초점을 통해 샘플을 이동시키는 것과 초점을 통해 검출기를 이동시키는 것이 동등하다고 가정된다. 이러한 가정의 유효성이 문제될 수 있다. 게다가 이러한 가정이 유효한 디포커스 범위는, 성공적인 재구성을 위한 충분한 정보를 획득하기에는 너무 짧을 수 있다.
계측 응용예에서 위상 검색을 수행할 때 획득 시간을 줄이고 처리량을 높이는 것이 요구된다.
본 발명의 실시예는 청구범위 및 상세한 설명에 개시되어 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 샘플로부터 산란된 산란 방사선으로부터 관심 파라미터를 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스를 위한 검출 장치가 제공되며, 픽셀 어레이를 포함하는 검출기를 포함하되, 상기 픽셀 어레이는, 관심 파라미터가 결정되는 이미지를 검출하기 위한 이미징 픽셀 및 상기 검출기 상에서의 상기 산란 방사선의 입사각을 검출하기 위한 방향 검출용 픽셀을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면 제1 양태의 검출 장치를 포함하는 계측 디바이스가 제공된다.
이제 본 발명의 실시예에 관해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 개략도이다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략도이다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 4은 산란계측 장치의 개략도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 검출을 구비한 검출 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향 검출용 픽셀 세트를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방법에서 감지된 세기 값으로부터 방향이 어떻게 추론될 수 있는지를 예시하는, 3개의 인접한 방향 검출용 픽셀들의 세트에 대한 세기 대 입사각의 플롯이다.
도 8은 본 발명의 추가 실시예에 따른 방향 검출을 구비한 검출 구성을 나타낸다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 구현하는 데에 도움이 될 수 있는 컴퓨터 시스템을 예시하는 블록도이다.
본 개시내용에서, 용어 "방사선" 및 "빔"은 자외선(예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 갖는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5-100 nm 범위의 파장을 갖는 극 자외선)를 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 포괄하기 위해 사용된다.
본 명세서에 사용되는 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는, 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하여, 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는 데 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. "광 밸브"라는 용어 또한 이와 관련하여 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과형 또는 반사형, 바이너리, 위상 시프팅, 하이브리드 등) 이외에 다른 패터닝 디바이스의 예는, 프로그래밍 가능한 미러 어레이 및 프로그래밍 가능한 LCD 어레이를 포함한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기로도 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결되는 마스크 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 기판 지지체를 정확히 위치설정하도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결되는 기판 지지체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
동작 시에 조명 시스템(IL)은, 예컨대 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형 및/또는 제어하기 위해 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 및/또는 기타 다른 유형의 광학 컴포넌트 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔(B)의 단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"(PS)이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적합하고 및/또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한 것으로서, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 애너모픽, 자기형, 전자기형 및/또는 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"(PS)이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있고, 이는 또한 액침 리소그래피라 불린다. 액침 기술에 대한 추가 정보는 US6952253에 제공되어 있으며, 이는 본 명세서에 원용에 의해 통합된다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 지지체(WT)(또한 "이중 스테이지"라고도 함)를 갖는 유형일 수도 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기기에서는, 기판 지지체(WT)가 병렬적으로 사용될 수 있고, 및/또는 기판(W)의 후속 노광을 준비하는 단계가 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W) 상에서 수행되면서, 나머지 기판 지지체(WT) 상의 또 다른 기판(W)은 이러한 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광하기 위해 이용 중일 수 있다.
기판 지지체(WT) 이외에, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배열된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 특성 또는 방사선 빔(B)의 특성을 측정하도록 배열될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 보유할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 액침액을 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배열될 수 있다. 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 떨어져 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스, 예컨대 마스크(MA) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴(설계 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 거친 후에, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하게 되며, 투영 시스템(PS)은 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커싱한다. 제2 위치설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는 예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로 내에서 포커싱되고 및 정렬된 위치에 다양한 타겟부(C)를 위치설정하기 위해 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 가능하게는 또 다른 위치 센서(도 1에는 명확히 도시되지는 않음)가 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하기 위해 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용화된 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치할 수도 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 이들이 타겟부(C) 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있는데, 이는 때때로 리소셀 또는 (리소) 클러스터라고도 하며, 종종 기판(W)에 노광 전 및 노광 후 프로세스를 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함하며, 이들은 예를 들어 기판(W)의 온도를 컨디셔닝하기 위한 것이며, 예컨대 레지스트 층에서 용매를 컨디셔닝하기 위한 것이다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)에 기판(W)을 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 리소셀 내의 이들 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 예컨대 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되도록, 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 검사 툴(미도시)이 리소 셀(LC)에 포함될 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch) 또는 로트의 다른 기판(W)이 노광되거나 처리되기 전에 검사가 수행된다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대해 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 처리 단계에 대해 조정이 이루어질 수 있다.
검사 장치(계측 장치라고도 칭할 수도 있음)가 기판(W)의 속성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연관되는 속성이 층마다 어떻게 달라지는지 또는 상이한 기판들(W)의 속성이 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소 셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후 레지스트 층 내의 이미지) 또는 반잠상 이미지(노광후 베이크 단계(PEB) 이후 레지스트 층 내의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거됨), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭 등의 패턴 전사 단계 이후)에 대해 속성을 측정할 수 있다.
일반적으로 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 프로세스는 기판(W) 상의 구조체의 치수설정 및 배치의 높은 정확도를 요하는 처리에 있어서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위해 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 3개의 시스템이 소위 "홀리스틱" 제어 환경으로 조합될 수 있다. 이들 시스템 중 하나는 계측 툴(MET)(제2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상으로) 연결된 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 핵심은 이들 3개의 시스템 사이의 협력을 최적화하여 전체적인 프로세스 윈도우를 향상시키고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 엄격한 제어 루프를 제공하는 것이다. 프로세스 윈도우는 특정 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성하게 되는 프로세스 파라미터(예를 들어, 선량, 포커스, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 일반적으로 이러한 윈도우 내에서 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터가 변화하도록 허용된다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 어떤 분해능 향상 기법을 사용할지를 예측하고 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 가장 큰 전체 프로세스 윈도우를 달성하는지를 결정하도록 컴퓨테이션 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행하기 위해 패터닝될 설계 레이아웃(의 일부)을 사용할 수 있다(도 3에서 첫 번째 스케일 SC1에 양방향 화살표로 표시됨). 전형적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한, 예컨대 최적이 아닌 처리로 인해 결함이 존재할 수 있는지를 예측하기 위해, (예를 들어, 계측 툴(MET)으로부터의 입력을 사용하여) 프로세스 윈도우 내의 어느 곳에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하는 중인지를 검출하기 위해 사용될 수도 있다(예를 들어, 도 3에서 두 번째 스케일 SC2에 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨).
계측 툴(MET)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하도록 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있고, 예를 들면 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있어서, 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다(도 3에서 세 번째 스케일 SC3에 다수의 화살표로 도시됨).
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 계측 장치, 예컨대 스캐터로미터를 포함하여, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 알려진 스캐터로미터의 예는 종종, 언더필된 타겟(측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 생성할 수 있을 정도로 큰 타겟 - 단순한 격자 또는 상이한 층들에서의 중첩되는 격자들의 형태임) 또는 오버필된 타겟(조명 스폿이 타겟을 부분적으로 또는 완전히 포함하게 됨)과 같은 전용화된 계측 타겟의 제공에 의존한다. 또한, 계측 툴, 예를 들어 언더필된 타겟, 예컨대 격자를 조명하는 각도 분해 스캐터로미터의 사용은, 산란 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델과의 상호작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정 결과와 비교함으로써 격자의 속성이 계산될 수 있는 소위 재구성 방법의 사용을 가능하게 한다. 모델의 파라미터는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
스캐터로미터는, 이러한 스캐터로미터의 대물계의 퓨필 또는 퓨필과 공액인 평면에 센서를 구비함으로써(이 경우 측정은 일반적으로 퓨필 기반 측정이라 함) 또는 이미지 평면 또는 이러한 이미지 평면에 공액인 평면에 센서를 구비함으로써(이 경우 측정은 이미지 또는 필드 기반 측정이라 함) 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정을 가능하게 하는 다목적 기구이다. 이러한 스캐터로미터 및 관련 측정 기법은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 추가로 설명되어 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 전술한 스캐터로미터는 연질 x-선 및 가시광선 내지 근적외선에 이르는 범위의 광을 사용하여 다수의 격자로부터 다수의 타겟을 하나의 이미지로 측정할 수 있다.
스캐터로미터 등의 계측 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이는 기판(W) 상에 방사선(5)을 투영하는 광대역(백색광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사 또는 산란 방사선(10)은 정반사된 방사선(10)의 스펙트럼(6)(즉, 파장 λ의 함수로서의 세기 I의 측정)을 측정하는 스캐터로미터 검출기(4)로 전달된다. 이러한 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조 또는 프로파일(8)이 처리 유닛(PU)에 의해, 예를 들어 엄격 결합파 분석 및 비선형 회귀에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 이러한 재구성을 위해, 구조체의 일반적인 형태가 알려져 있으며, 일부 파라미터는 구조체가 만들어진 프로세스에 대한 지식으로부터 추정되고, 산란계측 데이터로부터 결정되어야 하는 구조체의 몇 가지 파라미터만이 남게 된다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로 구성될 수 있다.
제1 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 각도 분해 스캐터로미터이다. 이러한 스캐터로미터에서 격자의 특성을 재구성하거나 계산하기 위해 측정된 신호에 재구성 방법이 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델과의 상호 작용을 시뮬레이션하고 그 시뮬레이션 결과와 측정의 결과를 비교한 결과일 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
제2 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 분광 스캐터로미터이다. 이러한 분광 스캐터로미터(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟으로 지향되고 타겟으로부터 반사 또는 산란된 방사선은 분광계 검출기로 지향되어, 정반사된 방사선의 스펙트럼(즉, 파장의 함수로서의 세기 측정치)을 측정하게 된다. 이러한 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 생성하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 예를 들어 엄격 결합파 분석 및 비선형 회귀에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다.
제3 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 타원계측 스캐터로미터이다. 타원계측 스캐터로미터는 각각의 편광 상태에 대해 산란된 방사선을 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치는 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션에서 적절한 편광 필터를 사용함으로써 편광된 광(예를 들어, 선형, 원형 또는 타원형 편광된 광)을 방출한다. 계측 장치에 적합한 소스는 또한 편광된 방사선을 제공할 수 있다. 기존의 타원계측 스캐터로미터의 다양한 실시예가 미국 특허 출원 11/451,599, 11/708,678, 12/256,780, 12/486,449, 12/920,968, 12/922,587, 13/000,229, 13/033,135, 13/533,110 및 13/891,410 등에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
스캐터로미터(MT)의 일 실시예에서, 스캐터로미터(MT)는 반사 스펙트럼 및/또는 검출 구성에서 비대칭을 측정함으로써 2개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를 측정하도록 적응되며, 비대칭은 오버레이의 정도와 관련된다. 2개의 (전형적으로 중첩되는) 격자 구조체가 2개의 상이한 층(반드시 연속된 층일 필요는 없음)에 적용될 수 있고, 웨이퍼 상의 실질적으로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 스캐터로미터는 예를 들어 공동 특허 출원 EP1,628,164A에 기술된 바와 같은 대칭적인 검출 구성을 가질 수 있고, 따라서 임의의 비대칭이 명확하게 구별될 수 있다. 이는 격자의 오정렬을 측정하는 간단한 방법을 제공하게 된다. 주기적 구조체의 비대칭을 통해 타겟이 측정될 때 주기적 구조체를 함유하는 2개의 층 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가의 예는 PCT 특허 출원 공보 WO 2011/012624 또는 미국 특허 출원 US 20160161863에서 찾을 수 있고, 이러한 문헌은 원용에 의해 전체 내용이 본원에 통합된다.
관심 있는 다른 파라미터는 초점과 선량일 수 있다. 초점 및 선량은 미국 특허 출원 US2011-0249244에 기재된 바와 같이 산란계측에 의해(또는 대안적으로 주사 전자 현미경에 의해) 동시에 결정될 수도 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 통합된다. 초점 에너지 매트릭스(FEM - 초점 노출 매트릭스라고도 함)에서 각각의 포인트에 대한 임계 치수 및 측벽 각도 측정치의 고유한 조합을 갖는 단일 구조체가 사용될 수도 있다. 임계 치수와 측벽 각도의 이러한 고유한 조합을 사용할 수 있는 경우 초점 및 선량 값은 이러한 측정치로부터 고유하게 결정될 수 있다.
계측 타겟은, 주로 레지스트에, 하지만 예컨대 에칭 프로세스 이후에도, 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 복합 격자의 앙상블일 수 있다. 전형적으로 격자 내의 구조체의 피치 및 라인폭은 계측 타겟으로부터 기인한 회절 차수를 캡처할 수 있도록 하는 측정 광학계(특히 광학계의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 언급한 바와 같이, 회절된 신호는 두 개의 층들 사이의 시프트('오버레이'라고도 함)를 결정하는 데 사용되거나 리소그래피 프로세스에 의해 생성된 원래 격자의 적어도 일부를 재구성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 재구성은 리소그래피 프로세스의 품질에 대한 안내를 제공하는 데 사용될 수 있으며 리소그래피 프로세스의 적어도 일부를 제어하는 데 사용될 수 있다. 타겟은 더 작은 하위 세그먼트들을 가질 수 있고, 이들은 타겟에서 설계 레이아웃의 기능적 부분의 치수를 모방하도록 구성된다. 이러한 하위 세그먼트화로 인해, 전체 프로세스 파라미터 측정이 설계 레이아웃의 기능적 부분에 더 유사하게 되도록 타겟은 설계 레이아웃의 기능적 부분과 더 유사하게 거동할 것이다. 타겟은 언더필 모드 또는 오버필 모드로 측정될 수 있다. 언더필 모드에서는 측정 빔이 전체 타겟보다 작은 스폿을 생성한다. 오버필 모드에서는 측정 빔이 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필 모드에서는, 상이한 타겟을 동시에 측정하여 상이한 프로세싱 파라미터를 동시에 결정할 수도 있다.
특정 타겟을 사용하는 리소그래피 파라미터의 전체적인 측정 품질은 이러한 리소그래피 파라미터를 측정하는 데에 사용되는 측정 레시피에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용된 측정이 회절 기반 광학 측정인 경우, 측정의 하나 이상의 파라미터는 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 배향 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준 중 하나는 예를 들어, 프로세싱 변동에 대한 측정 파라미터 중 하나의 감도일 수 있다. 추가적인 예가 미국 특허 출원 US2016-0161863 및 공개된 미국 출원 US 2016/0370717A1에 기술되어 있으며, 이들은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
컴퓨테이션 이미징/위상 검색 접근법을 채용하는 계측 장치는 미국 특허 공개 US2019/0107781에 기술되어 있으며, 이는 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다. 그러한 계측 디바이스는 예외적이지 않거나 비교적 평범한 수차 성능을 갖는 비교적 단순한 센서 광학계를 사용할 수도 있다. 이와 같이, 센서 광학계는 수차를 갖도록 허용될 수 있으며, 따라서 비교적 수차있는 이미지를 생성하게 된다. 물론, 단순히 센서 광학계 내에서 더 큰 수차를 허용하면 이러한 광학 수차의 영향을 보상하기 위해 무언가가 수행되지 않는 한 이미지 품질에 수용할 수 없는 영향을 미칠 것이다. 따라서, 센서 광학계 내에서 수차 성능에 대한 완화의 부정적인 영향을 보상하기 위해 컴퓨테이션 이미징 기술이 사용된다.
그러한 접근법에서, 타겟의 세기 및 위상은 타겟의 하나 또는 다수의 세기 측정치로부터 검색된다. 위상 검색은 계측 타겟의 사전 정보를 사용할 수도 있다(예컨대, 위상 검색 알고리즘을 유도/설계하기 위한 시작점을 형성하는 손실 함수에 포함되도록). 대안적으로, 또는 사전 정보 접근법과 조합하여, 다이버시티(diversity) 측정이 이루어질 수 있다. 다이버시티를 달성하기 위해, 이미징 시스템은 측정들 사이에서 약간 변경된다. 다이버시티 측정의 일례는 쓰루-포커스 스테핑(through-focus stepping)인데, 즉 상이한 포커스 위치들에서 측정을 획득하는 것에 의해 이루어진다. 다이버시티를 도입하기 위한 대안적인 방법은 예를 들어, 상이한 조명 파장들 또는 상이한 파장 범위를 사용하거나, 조명을 변조하거나, 측정들 사이에서 타겟 상의 조명의 입사각을 변화시키는 것을 포함한다. 위상 검색 자체는 앞서 언급한 US2019/0107781 또는 특허 출원 EP17199764(원용에 의해 본 명세서에 포함됨)에 기술된 것을 기반으로 할 수 있다. 이것은, 타겟과 조명 방사선의 상호 작용이 전기장 또는 복소 필드(여기서 "복소"란 진폭 및 위상 정보가 모두 존재함을 의미함)로 기술되도록 세기 측정으로부터 해당 위상 검색을 결정하는 것을 기술한다. 세기 측정은 기존 계측에 사용되는 것보다 품질이 낮을 수 있으므로 기술된 바와 같이 초점이 맞지 않을 수도 있다. 기술된 상호작용은 타겟 바로 위의 전기장 및/또는 자기장의 표현을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 조명된 타겟 전기장 및/또는 자기장 이미지는 타겟과 평행한 평면에서 (예를 들어, 2차원) 표면 상의 무한소 전류 및/또는 자류 쌍극자에 의해 등가 소스 기술(description)로서 모델링된다. 그러한 평면은, 예를 들어 타겟 바로 위의 평면, 예컨대 Rayleigh 기준에 따라 초점이 맞춰진 평면일 수 있지만, 모델 평면의 위치가 중요한 것은 아니다: 일단 한 평면에서 진폭과 위상이 알려지면, 이것들은 임의의 다른 평면(초점이 맞거나, 초점이 맞지 않거나, 심지어 퓨필 평면)에 컴퓨테이션으로 전파될 수 있다. 대안적으로, 기술(description)은 타겟의 복소 투과 또는 이의 2차원 등가물을 포함할 수 있다.
위상 검색은, 모델링된 세기 패턴을 획득하기 위해 회절된 방사선에 대한 조명 방사선과 타겟 사이의 상호작용의 효과를 모델링하는 것과, 모델링된 세기 패턴과 검출된 세기 패턴 사이의 차이를 최소화하기 위해 모델 내의 전기장/복소 필드의 위상 및 진폭을 최적화하는 것을 포함한다. 보다 구체적으로는, 측정 획득 동안, 이미지(예를 들어, 타겟의 이미지)가 (검출 평면에서) 검출기 상에서 캡처되고 그 세기가 측정된다. 위상 검색 알고리즘이 예컨대 타겟과 평행한 평면에서(예를 들어, 타겟 바로 위의 평면) 전기장의 진폭과 위상을 결정하는 데 사용된다. 위상 검색 알고리즘은, 센서의 순방향 모델(예컨대, 수차가 고려됨)을 사용해 타겟을 컴퓨테이션으로 이미징하여, 검출 평면에서 필드의 세기 및 위상에 대한 모델링된 값을 얻게 된다. 어떠한 타겟 모델도 필요하지 않다. 모델링된 세기 값과 검출된 세기 값 사이의 차이는 위상 및 진폭 측면에서(예를 들어, 반복적으로) 최소화되고 결과적인 대응하는 모델링된 위상 값은 검색된 위상인 것으로 간주된다. 계측 응용예에서 복소 필드를 사용하기 위한 특정 방법은 PCT 출원 PCT/EP2019/052658에 설명되어 있으며, 이 또한 원용에 의해 본원에 포함된다.
다수의 초점 레벨에서 순차적으로 측정을 수행하려면 상당한 시간이 소요된다. 따라서 단계적으로 디포커스된 이미지를 얻는 것은 느리므로, 측정 속도가 느려지고 처리량이 줄어든다. 또한, 초점을 통해 샘플을 이동시키는 것이 초점을 통해 검출기를 이동시키는 것과 동등하다는 가정과 같이, 위상 검색의 부정확성을 초래하는, 초점 다이버시티 측정 사용에 내재된 가정들이 있다. 이와 같이, 본 명세서에서 설명하는 방법은 초점 다양성 측정을 통해 그러한 필요성을 제거한다.
제안된 방법 및 장치는 적어도 하나의 방향 검출용 픽셀 세트를 사용하여 센서를 향해 진행하는 광선의 방향을 검출하는 것을 포함한다. 이들 방향 검출용 픽셀 세트에 의해 제공된 정보를 사용하여, 위상 분포를 추론하고 이미지 보정을 수행하는 데 사용할 수 있다. 각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 적어도 하나의 방향 검출용 픽셀 쌍을 포함할 수 있고, 각각의 세트 또는 픽셀 쌍은 서로 동일한 부근에 있다.
방향 검출용 픽셀의 하나 이상의 세트는 이미지를 검출하는 데 사용되는 검출기 상의 픽셀의 서브세트를 포함할 수 있다. 나머지 픽셀(이미지 픽셀)은 신호의 이미지(예컨대, 세기(따라서 진폭))를 측정하는 데 사용된다.
따라서 검출기에서 복소 필드를 추론하는 것이 제안된다. 이러한 복소 필드는, 필드 진폭을 결정하는 데 사용되는 이미징 픽셀에 의해 측정된 신호와, 필드 위상을 결정하는 데 사용되는 방향 검출용 픽셀로부터의 신호의 조합으로부터 추론될 수 있다. 전체 복소 필드를 얻기 위해 보간을 수행해야 할 수도 있으며, 예를 들어 (방향 검출용 픽셀이 점유하는 검출기 영역에서) 누락된 진폭 데이터에 걸쳐 보간하고 (이미지 픽셀이 점유하는 검출기 영역에서) 누락된 위상 데이터에 걸쳐 보간해야 할 수 있다. 이러한 보간은, 복소 필드를 결정하기 전에 필드 진폭 데이터 및 필드 위상 데이터에 대해 수행되거나 결정된 복소 필드에 대해 수행되어 전체 복소 필드를 결정할 수 있다.
복소 필드는 푸리에 변환되어 퓨필 평면에 이를 수 있다. 렌즈 수차 위상 프로파일은 푸리에 변환된 복소 필드와 공액연산(conjugated)되고 곱해진다. 그 다음 디포커스 수차가 이미지 품질을 최대화하고 센서 광학 수차를 보정하도록 디지털 방식으로 조정된다.
방향 검출용 픽셀의 복수 세트가 제공될 수 있으며; 예를 들어, 검출기 어레이 상의 다수의(예를 들어. 동일하게 이격된) 위치에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 방향 검출용 픽셀의 이러한 다수의 세트는 픽셀 세트의 1차원 또는 2차원 방향 검출용 어레이를 포함할 수 있고; 여기서 예를 들어, 방향 검출용 어레이는 일반적으로 검출기 픽셀 어레이의 서브-어레이를 포함한다. 선택적으로, 방향 검출용 픽셀의 세트가 1차원 어레이를 포함하는 경우, 이러한 세트의 제1 서브세트는 검출기 평면의 제1 축에 대한 방향을 검출하도록 배향될 수 있고 세트의 제2 서브세트는 검출기 평면의 제2 (수직) 축에 대한 방향을 검출하도록 배향될 수 있다.
"방향 검출용 픽셀" 및 "이미지 픽셀"이라는 용어는 오로지 한 픽셀 세트를 다른 세트와 구별하기 위해서 사용된다는 점에 유의해야 한다. 이러한 두 가지 부류의 픽셀들은 단일 카메라 또는 픽셀 어레이 상에 포함될 것이고 동일한 기본 검출 원리(예컨대, 세기 수준을 검출하는 포토다이오드 또는 상응하는 디바이스)를 사용하여 동작할 가능성이 높다. 신호가 픽셀에 의해 어떻게 수신되는지(예컨대, 마스크/마이크로렌즈를 통한 것인지 여부) 및/또는 신호가 어떻게 처리되는지에 따라 두 가지 부류의 픽셀들이 구별된다.
작동 원리는 현재 많은 상업용 소비자 카메라에 사용되는 PDAF(위상 검출 자동 초점) 픽셀 아키텍처의 개념과 유사하다. PDAF 방식에서는, 센서 영역에 걸쳐 분포된 다수의 픽셀 쌍을 사용하여 이미지가 초점이 맞는지 여부를 검출한다. PDAF는 "초점 픽셀"을 제공함으로써 가능해지며, 이들 픽셀은 이미지를 캡처하는 대신 포커싱하기 위해 따로 남겨둔, 메인 카메라 센서 그리드 상의 픽셀들의 작은 비율이다. 초점 픽셀은 일반적으로 쌍으로 제공된다. 각각의 초점 픽셀 쌍에서, 픽셀들은 센서 상에서 서로 가깝고, 한 픽셀이 렌즈의 상단(또는 좌측) 부분으로부터만 광을 받아들이는 반면 쌍의 나머지 픽셀은 렌즈의 반대쪽 부분으로부터만 광을 받아들이도록 부분적으로 마스킹된다. 픽셀 쌍이 동일한 부근에 있기 때문에 이미지가 해당 지점에서 초점이 맞을 때 이들은 동일한 양의 광을 받아들여야 한다. 서로 다른 양의 광을 받아들이면, 그 차이가 이미지 디포커스의 레벨에 대한 정보를 제공하게 된다. 그러면 카메라는 이러한 정보를 사용하여 렌즈를 빠르게 포커싱할 수 있다. 일반적인 PDAF 시스템은 센서 영역 주위에 분산되어 있는 많은 초점 픽셀 쌍(또는 이에 상응하는 것)을 갖는데, 포커싱되고 있는 타겟 대상물이 항상 렌즈 상의 동일한 위치에 있는 것은 아니기 때문이다.
3D 이미징 응용예에 사용하기 위한 이러한 원리의 확장은 Choi 등의 "CMOS image sensor for extracting depth information using offset pixel aperture technique"(Proc. SPIE 10376, Novel Optical Systems Design and Optimization XX, 103760Y)(2017.08.24.)에 개시되어 있다. 이 문헌은 원용에 의해 본원에 포함된다. 특히 이러한 문헌(특히 도 5 및 6, 그리고 이러한 문헌의 첨부 텍스트)은, 부분적으로 마스킹된 픽셀 어레이를 사용하여 픽셀 어레이 상의 입사 방사선의 입사각을 측정하는 방식을 설명한다. 보다 구체적으로, 이러한 문헌은 3개의 마스킹된 픽셀들의 픽셀 세트를 설명한다.
제1 픽셀은 좌측 오프셋 픽셀 애퍼처 LOPA 마스크(즉, 포토다이오드의 좌측으로 오프셋된 광 수용 애퍼처를 갖는 마스크)를 사용하여 마스킹된다.
제2 픽셀은 우측 오프셋 픽셀 애퍼처 ROPA 마스크(즉, 포토다이오드의 우측으로 오프셋된 광 수용 애퍼처를 갖는 마스크)를 사용하여 마스킹된다.
제3 픽셀은 비-오프셋되거나 중앙에 위치한 광 수용 애퍼처에 의해 마스킹된다.
이러한 마스킹된 픽셀들 각각에 대한 광 파워(또는 세기) 대 입사각의 플롯은, LOPA 마스킹된 픽셀, ROPA 마스킹된 픽셀, 및 비-오프셋 마스킹된 픽셀에 대해 (상이한 입사각에 대응하는) 각 피크의 위치에 뚜렷한 시프트가 있음을 보여준다. 문헌에 설명된 특정 배열에서, LOPA 마스킹된 픽셀의 피크 포인트는 비-오프셋 마스킹된 픽셀의 피크 포인트에서 12°만큼 시프트되고 ROPA 마스킹된 픽셀의 피크 포인트는 -12°만큼 시프트된다. 이러한 3개의 (예컨대, 인접하는) 픽셀에 의해 검출된 광의 세기를 비교함으로써, 입사각(광 방향)이 12°, 0 또는 -12°로 분류될 수 있다. 중간 각도들 또한 플롯으로부터 결정될 수 있다.
도 5은 일 실시예에 따른 계측 배열을 나타낸다. 이러한 배열은 앞서 언급한 문헌 US2019/0107781 및 PCT/EP2019/05265에 설명된 것들과 대체로 유사하며, 이는 더 단순하고 수차가 있는 렌즈 설계를 보정하기 위해 컴퓨테이션 위상 검색 기술을 활용한다. 도 5(a)에서 고도로 단순화된 개략도는 기판(S) 상의 타겟(T) 상으로 지향되는 방사선의 측정 빔(MB)(예를 들어, 도시되지 않은 소스로부터)을 도시한다. 고차 회절 방사선(DR)은 대물 렌즈(OL)에 의해 캡처되어 검출기(D)로 지향된다. 0차 방사선(ZR)은 캡처되지 않으므로 캡처된 이미지는 암시야 이미지이다.
대물 렌즈(OL)와 검출기(D) 사이에(예를 들어, 검출기(D)의 바로 앞에) 마스킹 어레이 또는 차광부 어레이(OA)가 있다. 차광부 어레이(OA)는 복수의 마스크 세트 또는 차광부 세트를 포함한다(여기서 "마스크”라는 용어의 사용은 레티클과 같은 의미를 갖도록 동일한 용어를 사용하는 것과는 구별된다 - 혼동을 피하기 위해 차광이라는 표현이 사용될 것임). 각각의 차광부 세트는 대응하는 방향 검출용 픽셀을 부분적으로 가리는 복수의 부분적인 차광부를 포함한다. 차광부 세트의 각각의 부분적인 차광부는 상이한 차광 방향, 위치 또는 구성(예를 들어, 해당 픽셀에 대해 차광부 및/또는 그 안의 애퍼처에서의 상이한 위치 또는 오프셋)을 갖는다.
검출기(D)는 복수의 픽셀, 예를 들어 2차원 픽셀 매트릭스를 갖는 카메라형 검출기이다. 차광부 어레이는 차광부 세트들이 서로 이격되고 픽셀 매트릭스의 대부분이 가려지지 않도록 구성된다. 이러한 가려지지 않은 픽셀이 이미징 픽셀이다. 차광부 세트에 의해 가려진 각각의 픽셀 세트는 방향 검출용 픽셀 세트이며, 각각은 복수의 방향 검출용 픽셀을 포함한다.
도 5(b)는 검출기 상에서 검출될 수 있는 예시적인 이미지(또는 그 일부)를 나타낸 것이다(예를 들어, 당업계에 잘 알려진 "방향당 2개의 바이어스(two bias per direction)" 회절 기반 오버레이 유형의 타겟을 이미징할 때). 캡처된 이미지는 음영 영역(SR)으로 표시되며, 여기서 검출기의 나머지 부분에 비해 더 높은 세기 값이 검출된다(예컨대, 회절된 방사선(DR)으로 인해). 이들은 측정 조명 프로파일을 갖고 배향되는 타겟 패드 또는 격자에 대응한다. 검출기 픽셀 어레이의 서브세트는 방향 검출용 픽셀 세트(DDP)를 포함하며, 이들은 차광부 어레이에 의해 가려진 픽셀이다. 명확성을 위해 이미징 픽셀은 개별적으로 표시되어 있지 않다. 이는 순전히 예시적인 배열이고, 방향 검출용 픽셀은 여기에서 제안하는 예시와는 다른(예를 들어, 더 작은) 검출기 픽셀 어레이의 비율을 포함할 수 있고/있거나 상이하게 배열되거나 이격될 수 있음에 유의해야 한다.
각각의 방향 검출용 픽셀 세트는, 예를 들어, 2개의 상이한 차광 오프셋을 갖는 대응하는 차광부 세트를 가지는 한 쌍의 픽셀을 포함할 수 있다; 예를 들어, 좌측 방향 검출용 픽셀은 픽셀 검출 영역의 좌측 부분을 가리는 좌측 차광부를 가질 수 있고, 우측 방향 검출용 픽셀은 우측 차광부에 의해 가려진 광 검출 영역의 우측 부분을 가질 수 있다. 더 많은 광을 수집하기 위해 방향 검출용 픽셀 앞에 마이크로렌즈 어레이(예컨대, 마이크로렌즈 어레이 필름)가 사용될 수 있다. 방향 검출용 픽셀 세트당 더 많은 방향 검출용 픽셀을 제공함으로써 보다 정확한 방향 검출이 획득될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 검출기 평면의 2개의 방향으로 방향 검출을 가능하게 하기 위해 방향 검출용 픽셀의 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 2차원 배열에서 오프셋들은 2차원적일 수도 있다: 예를 들어, 4개(2x2) 픽셀 어레이가 각각의 모서리를 향해 애퍼처 오프셋을 가질 수 있거나, 9개(3x3) 픽셀 어레이가 각각 좌측 상단, 상단, 우측 상단, 우측, 우측 하단, 하단, 좌측 하단, 좌측 및 중앙 오프셋을 가질 수도 있다. 방향 검출용 픽셀 세트당 픽셀 수는 궁극적으로 방향/위상 검출의 정확도와 그에 따른 이미징 영역(이미징 픽셀)의 손실 간의 절충점일 것이다. 일부 실제 구현예에서, 각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 3x3, 4x4 또는 5x5 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, Mag=100x의 배율과 일반적인 5μm 픽셀 사이즈를 가정하면, 웨이퍼 상에서 8μm 타겟의 이미지를 샘플링하는 데 800x800 픽셀이 사용될 것이다. 이는, 어레이가 방향 검출용 픽셀 세트에 대해 4개의 픽셀에서 실제 최대 약 100x100 픽셀까지 포함할 수 있음을 의미한다. 방향 검출용 픽셀의 2차원 어레이는 특히 어레이당 픽셀 수가 더 많은 경우 반드시 정사각형일 필요는 없다.
도 6은 2차원으로 방향(및 그에 따른 위상)을 검출할 수 있는 방향 검출용 픽셀 세트에서 방향 검출용 픽셀의 4x4 어레이를 포함하는 예시적인 배열을 도시한다. 이러한 배열은 16개의 오프셋 애퍼처로 가려진 픽셀 P11 ~ P44 를 포함한다. (아래첨자는 어레이에서의 픽셀의 위치를 기술하는 것이고, 4개의 P11, P41, P14, P44 만이 명시적으로 표기됨). 픽셀 중 하나(P33 )의 단면도에 의해 알 수 있는 바와 같이, 각 픽셀은 오프셋 픽셀 애퍼처(OPA)에 의해 마스킹된 포토다이오드(PD)를 포함한다. 각각의 오프셋 픽셀 애퍼처(OPA)의 오프셋은 서로 상이하므로, 애퍼처는 각 픽셀에 대한 포토다이오드에 대해 서로 다른 위치에 있게 된다. (도시된 것과 같은) 실시예에서, 오프셋 및 그에 따른 애퍼처 위치는 어레이에서 해당 픽셀의 위치와 대응할 수 있다. 즉, 오프셋의 방향과 오프셋의 크기는 어레이에서의 픽셀의 위치에 해당한다.
선택적으로, 각각의 픽셀은 또한 대응하는 마이크로렌즈(ML)를 포함할 수 있으며, 이는 (예를 들어, 마스크에 의한 흡수 및/또는 반사로 손실된 광을 보상하기 위해) 각 방향 검출용 픽셀로 더 많은 방사선을 모으는 것을 돕게 된다.
여기에서 고려되는 계측 응용예에서 검출기(D)에서의 광선의 최대 각도는 일반적으로 1도이고 각도 검출의 분해능은 0.1도 범위에 있어야 한다. 따라서 픽셀 사이즈와 초점 거리를 적절하게 선택해야 한다. 더 큰 픽셀을 사용하고 마이크로렌즈 어레이의 초점 거리를 늘림으로써 방향 감도가 선형적으로 향상될 수 있다.
도 5 및 6에 예시된 것과 같은 배열, 특히 방향 검출용 픽셀 세트가 검출기 평면에서(또는 검출기 평면에 매우 근접하여) 회절된 방사선(DR)의 위상을 검색하는 데 사용될 수 있음을 제안한다.
위상 검색은 입사 방사선의 방향을 추론하도록 설정된 방향 검출용 픽셀을 사용하는 제1 단계를 포함할 수 있다. 이것은 앞서 언급한 "CMOS image sensor for extracting depth information using offset pixel aperture technique" 문헌에 설명된 방법을 사용하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어 어레이 내의 어느 센서가 방사선을 검출하는지 및/또는 인접한 픽셀들에 의해 측정되는 상대적인 세기 레벨에 의해 각도를 추론함).
도 7은 도 6에 도시된 바와 같은 방향 검출용 픽셀 세트를 사용하여 방향을 추론하기 위한 방법을 설명하는 데 도움이 되는 (검출기 상에 입사되는) 방향 또는 각도 α에 대한 세기 또는 파워(I)의 그래프이다. 도면은 방향 검출용 픽셀 세트의 (단일 방향으로의) 3개의 인접한 픽셀에 각각 대응하는 3개의 곡선(CP1, CP2, CP3)을 보여준다. 곡선(CP2)은 0의 각도(수직 입사) 방사선에 중심을 두고 있음을 알 수 있으며, 이는 홀수(예를 들어, 3x3 또는 5x5) 방향 검출용 픽셀 어레이의 중앙 픽셀(예를 들어, 중앙 열/행에 있음)에 대응할 수 있고, 곡선(CP1, CP3)은 양쪽 픽셀들에 대응하여, 각도 α1 및 α2 에 피크가 있다. 그 결과, 대응되는 픽셀들 중 어느 것이 피크 세기(또는 임계 값을 넘어서는 세기 값)를 검출하는지에 의해 각도 0도, α1, 및 α2 가 쉽게 구별될 수 있다. 중간 각도들은 관련 인접한 픽셀들에서 감지된 상대적인 세기에 의해 추론될 수 있다; 예를 들어, 0과 α1 중간의 각도는 CP1과 CP2에 대응하는 픽셀들 상에서의 상대적인 세기 레벨(예를 들면, 이러한 픽셀들 상에서의 세기 레벨의 비율)에 의해 추론될 수 있다. 예를 들어, 이러한 두 픽셀 각각 상에서 동일한 (0이 아닌) 세기 레벨은 곡선 CP1과 곡선 CP2의 교차점에 해당하는 각도를 나타낼 것이다. 이러한 개념을 4개 이상의 픽셀 및 2차원으로 확장하는 방법은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
이미지 내의 수차를 보정하는 데 필요한 핵심 정보는 방향 검출용 픽셀 세트에 의해 결정된 광선의 방향과 이미징 픽셀에 의해 검출된 세기 양자 모두이다. 기존의 이미지 센서는 광의 세기만 감지할 수 있다. 이러한 개념에서 주요 검출기 칩에는, 검출기 영역에 걸쳐 희소하게 위치하는 방향 검출용 픽셀들의 세트가 제공된다. 따라서 검출기 상의 일부 가용 공간(real estate)이 광선의 방향을 검출하는 데 사용된다. 나머지 영역은 기존 방식대로 이미지를 검출하는 데 사용된다. 방향 검출용으로 예약된 영역은 이미지 감지용 영역보다 작을 것이다(예컨대, 전체 영역의 5-20%가 방향 검출용으로 사용됨).
세기 분포에 대한 정보 중 일부가 방향 검출용 픽셀로 인해 손실되고 세기 이미지에 비어있는 갭이 있을 것임을 이해할 것이다. 이러한 갭은 2D 보간을 통해 채울 수 있다. 마찬가지로, 방향 검출용 픽셀로부터의 방향 정보도 완벽한 것은 아니고, 실제로는 다소 희소하게 측정된다. 전체 위상 맵 또한 전체 검출기 영역에 걸쳐 보간될 수 있는데, 이러한 응용예에서 방향 정보는 이미지 영역에 걸쳐 상대적으로 평활하고 천천히 변하기 때문이다.
이와 같이, 일단 회절된 방사선의 각도 및 그에 따라 방향이 하나 이상의 방향 검출용 픽셀 세트에서 검출되면, 전체 이미지에 걸친 보간이 수행되어 전체 이미지에 걸친 방향을 찾게 된다. 이로부터, 센서 내의 수차가 보정된 이미지에 의해 위상 맵이 추론될 수 있다. 유사한 세기 맵을 얻을 수 있으므로, 위상 맵과 진폭 맵(예컨대, 후자는 세기 맵의 제곱근임)의 조합으로부터 전체 복소 필드의 맵을 얻을 수 있다. 센서 광학계 및 그 수차(예컨대, 렌즈 수차 위상 프로파일)에 대한 기술(description) 또는 모델을 사용해, 이러한 수차에 대해 복소 필드가 보정되어 (예를 들어, 이미 기술한 방법을 사용하여) 개선된 이미지를 얻을 수 있다.
도 8은 국소적인 방향 검출을 수행하기 위한 대안적인 다른 배열을 도시한다. 이러한 방법은 마이크로렌즈(ML)의 어레이를 포함하는 희소한 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 사용한다. 마이크로렌즈 어레이는 렌즈들이 낮은 듀티 사이클(예를 들어, 5% 내지 10%)로 비교적 큰 간격으로 배열된다는 점에서 희소한 것이다. 마이크로렌즈 어레이는 검출기 평면으로부터 거리 f에 배치되며, 여기서 거리 f는 마이크로렌즈 어레이의 초점 거리를 포함한다. 각각의 마이크로렌즈 어레이 아래에 놓이는 픽셀 세트는 방향 (위상) 검출, 예를 들어 방향 검출용 픽셀 세트에 전용화된다. 나머지 픽셀은 기존의 이미징 픽셀로 사용된다.
이러한 실시예의 측정 원리는 오프셋 애퍼처 마스킹된 픽셀에 대해 설명한 것과 다르다. 마이크로 렌즈 상에 부딪히는 방사선은 검출기의 영역(예컨대, 방향 검출용 픽셀 세트) 상에 명(bright) 스폿으로 포커싱된다. 방향 검출용 픽셀 세트 상에서의 (예를 들어, 2차원으로의) 명 스폿의 위치는 마이크로렌즈 상에 입사되는 방사선 빔 방향을 드러낸다. 마이크로렌즈 어레이는 희소하고 각 마이크로렌즈 사이에 큰 갭이 있음을 의미한다; 앞서와 같이 이러한 갭에 포함된 픽셀(이미징 픽셀)이 기존처럼 세기 정보를 측정한다.
본 실시예에 대한 각도 검출의 정확도는 대략 다음과 같이 추정될 수 있다. 마이크로렌즈 직경(d)을 100μm, 마이크로렌즈의 초점 거리(f)를 1mm, 센서의 픽셀 사이즈(PS)를 5μm, 방사선 파장(λ)을 500nm로 가정한다. 이는 각도가 PS/f = 5mrad 만큼 변화할 때 주요 빔이 1 픽셀만큼 시프트된다는 것을 의미한다. 회절 제한 스폿 사이즈는 f*λ/d: =5μm 이다. 유한한 렌즈 직경으로 인한 스폿 블러링도 f*λ/d이며 또한 5μm이다. 따라서 수차를 고려하면 대략 10μm-15μm 직경의 스폿이 각 렌즈에 의해 형성될 수 있다(예컨대, 컴팩트한 격리된 스폿). 이러한 스폿의 피크는 1-2 픽셀의 정확도로 결정될 수 있으며, 이는 10mrad의 정확도로 국소적인 위상(방향)을 추정하기에 충분하다. 피크의 위치의 서브-픽셀 보간을 사용하면 1mrad의 정확도를 얻는 것이 가능하다. 이러한 정확도는 신호 대 잡음비에 의해 제한되고, 스폿의 피크를 정확하게 검출하려면 신호 세기가 양호해야 한다. 방향 검출용 픽셀 세트(또는 어레이) 내의 픽셀 수는 앞선 실시예와 동일하거나 유사할 수 있다.
이러한 마이크로렌즈 실시예는 종래의 이미지 검출기로부터 소정 거리 떨어져 배치된 희소 렌즈 어레이의 배열을 포함한다는 점을 이해할 것이다. 따라서 특별한 검출기 칩 제작이 요구되는 것은 아니다. 대조적으로, 첫 번째 (오프셋 애퍼처 마스크) 실시예는 방향을 검출하기 위해 차폐된 픽셀이 있는 칩 상에 마이크로렌즈(존재하는 경우)를 구비한 온-칩 솔루션이다. 이러한 비전통적인 이미지 센서는 이러한 목적을 위해 특별한 제작을 요한다.
이미지 획득 후에 다음의 2개의 이미지가 생성된다: 방향 검출용 픽셀 세트로부터 저해상도 위상 변동 이미지와 이미징 픽셀로부터의 기존 이미지. 고해상도 위상 맵을 생성하기 위해 저해상도 위상 변동 이미지가 외삽된다. 이러한 맵은 이미지의 수차를 보정하는 반복 알고리즘에서 초기 추정치로 사용될 수 있다.
이러한 기법은 플렌옵틱 카메라와 동일하지 않다는 점에 주목해야 한다. 플렌옵틱 카메라에서는, 각각의 마이크로렌즈 아래에 국소적인 퓨필 이미지가 생성된다. 국소적인 퓨필 이미지의 2D 컬렉션을 4D 광 필드라고 한다. 여기의 제안에서는, 마이크로렌즈 기반 각도 검출이 희소하게 수행되며 이러한 4D 광 필드는 측정되지 않는다.
도 9은 본 명세서에 개시된 방법 및 흐름을 구현하는 데에 도움이 될 수 있는 컴퓨터 시스템(1600)을 예시하는 블록도이다. 컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 통신하기 위한 버스(1602) 또는 다른 통신 매커니즘과, 정보를 처리하기 위하여 버스(1602)와 커플링된 프로세서(1604)(또는 여러 프로세서들(1604 및 1605)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 의하여 실행될 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링되는, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 스토리지 디바이스와 같은 메인 메모리(1606)를 더 포함한다. 메인 메모리(1606)는 프로세서(1604)에 의하여 실행될 명령이 실행되는 도중에 임시 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해서도 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 대한 정적 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링된 판독 전용 메모리(ROM)(1608) 또는 다른 정적 스토리지 디바이스를 더 포함한다. 정보 및 명령을 저장하기 위하여 자기적 디스크 또는 광학적 디스크와 같은 스토리지 디바이스(1610)가 제공되고 버스(1602)에 커플링된다.
컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 컴퓨터 사용자에게 디스플레이하기 위하여, 버스(1602)를 통해서 음극선관(CRT) 또는 평판 또는 터치 패널 디스플레이와 같은 디스플레이(1612)에 커플링될 수 있다. 영숫자 키와 다른 키들을 포함하는 입력 디바이스(1614)는 정보 및 커맨드 셀렉션을 프로세서(1604)로 통신하기 위하여 버스(1602)에 커플링된다. 다른 타입의 사용자 입력 디바이스는, 지시 정보와 커맨드 셀렉션을 프로세서(1604)로 통신하고 디스플레이(1612) 상에서의 커서 움직임을 제어하기 위한, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키와 같은 커서 콘트롤(1616)이다. 이러한 입력 디바이스는 통상적으로 두 개의 축인 제1 축(예를 들어, x)과 제2 축(예를 들어, y)에서 2-자유도를 가져서, 디바이스가 평면에서의 위치를 특정하게 한다. 터치 패널(스크린) 디스플레이가 입력 디바이스로서 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술된 방법 중 하나 이상은, 프로세서(1604)가 메인 메모리(1606) 내에 저장된 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 것에 응답하여, 컴퓨터 시스템(1600)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 명령들은 스토리지 디바이스(1610)와 같은 다른 컴퓨터-판독가능 매체로부터 메인 메모리(1606)로 독출될 수 있다. 메인 메모리(1606)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하면, 프로세서(1604)는 본 명세서에서 설명되는 프로세스 단계들을 수행하게 된다. 메인 메모리(1606)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하기 위하여, 멀티-프로세싱 장치 내의 하나 이상의 프로세서가 채용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 소프트웨어 명령 대신에 또는 이와 조합되어 유선 회로부가 사용될 수도 있다. 따라서, 본 명세서의 설명은 하드웨어 회로와 소프트웨어의 임의의 특정한 조합으로 한정되지 않는다.
"컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때 실행되도록 프로세서(1604)에 명령을 제공하는 데에 관여하는 임의의 매체를 지칭한다. 이러한 매체는 비-휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 전송 매체를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 수많은 형태를 취할 수도 있다. 비-휘발성 매체는 예를 들어, 스토리지 디바이스(1610)와 같은 광학적 또는 자기적 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(1606)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 전송 매체는 버스(1602)를 포함하는 와이어를 포함하는 동축 케이블, 구리 배선, 및 광섬유(fiber optics)를 포함한다. 전송 매체는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 음파 또는 광파의 형태를 띨 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 매체의 공통 형태는, 예를 들어 플로피 디스크, 가요성 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 및 임의의 다른 자기적 매체, CD-ROM, DVD, 임의의 다른 광학적 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀들의 패턴을 가진 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, 및 EPROM, FLASH EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 후술될 반송파, 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다.
다양한 형태의 컴퓨터 판독가능 매체들이, 실행을 위해 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 프로세서(1604)에 전달하는 것에 관여할 수 있다. 예를 들어, 명령들은 처음에 원격 컴퓨터의 자기적 디스크 상에 보유될 수도 있다. 원격 컴퓨터는 명령들을 자신의 동적 메모리 내로 로딩하고 명령들을 모뎀을 사용하여 전화선을 통해 전송할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)에 국소적인 모뎀은 전화선에서 데이터를 수신하고, 적외선 송신기를 사용하여 이러한 데이터를 적외선 신호로 변환한다. 버스(1602)에 커플링된 적외선 검출기는 적외선 신호에서 전달되는 데이터를 수신하고, 이러한 데이터를 버스(1602) 상에 배치할 수 있다. 버스(1602)는 데이터를 메인 메모리(1606)로 전달하며, 프로세서(1604)는 이로부터 명령들을 취출하고 실행한다. 메인 메모리(1606)에 의해 수신된 명령들은 프로세서(1604)에 의한 실행 이전에 또는 그 이후에 선택적으로 스토리지 디바이스(1610)에 저장될 수 있다.
컴퓨터 시스템(1600)은 버스(1602)에 커플링된 통신 인터페이스(1618)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 통신 인터페이스(1618)는 로컬 네트워크(1622)에 연결된 네트워크 링크(1620)로 양-방향 데이터 통신 커플링을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(1618)는 대응하는 타입의 전화선에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 종합 정보 통신망(ISDN) 카드 또는 모뎀일 수 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(1618)는 호환가능한 근거리 네트워크(LAN)에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 LAN 카드일 수 있다. 무선 링크가 구현될 수도 있다. 임의의 이러한 구현형태에서, 통신 인터페이스(1618)는 다양한 타입의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기적, 전자기적 또는 광학적 신호를 전송하고 수신한다.
네트워크 링크(1620)는 통상적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 디바이스로 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(1620)는 로컬 네트워크(1622)를 통해 호스트 컴퓨터(1624) 또는 인터넷 서비스 제공자(ISP)(1626)에 의하여 운영되는 데이터 장비로 연결을 제공할 수 있다. 그러면 ISP(1626)는, 현재 일반적으로 "인터넷(1628)"이라고 불리는 월드와이드 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 로컬 네트워크(1622)와 인터넷(1628) 양자 모두는 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기적, 전자기적 또는 광학적 신호를 사용한다. 컴퓨터 시스템(1600)으로의 또는 그로부터의 디지털 데이터를 전달하는, 다양한 네트워크들을 통과하는 신호와 통신 인터페이스(1618)를 통과하는 네트워크 링크(1620) 상의 신호는 정보를 수송하는 반송파의 예시적인 형태들이다.
컴퓨터 시스템(1600)은 네트워크(들), 네트워크 링크(1620), 및 통신 인터페이스(1618)를 통해서, 메시지를 전송하고 프로그램 코드를 포함하는 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷의 예에서, 서버(1630)는 애플리케이션 프로그램에 대한 요청된 코드를 인터넷(1628), ISP(1626), 로컬 네트워크(1622) 및 통신 인터페이스(1618)를 통해 송신할 수 있다. 하나의 이러한 다운로드된 애플리케이션이 예를 들어 본 명세서에서 기술된 기법 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(1604)에 의하여 실행되고, 및/또는 추후에 실행되도록 스토리지 디바이스(1610), 또는 다른 비-휘발성 스토리지에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨터 시스템(1600)은 애플리케이션 코드를 반송파의 형태로 획득할 수 있다.
추가의 실시예는 다음의 번호가 매겨진 조항으로 제공된다:
1. 샘플로부터 산란된 산란 방사선으로부터 관심 파라미터를 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스를 위한 검출 장치로서,
픽셀 어레이를 포함하는 검출기를 포함하되, 상기 픽셀 어레이는, 관심 파라미터가 결정되는 이미지를 검출하기 위한 이미징 픽셀 및 상기 검출기 상에서의 상기 산란 방사선의 입사각을 검출하기 위한 방향 검출용 픽셀을 포함하는, 검출 장치.
2. 제1조항에 있어서, 상기 방향 검출용 픽셀은 검출기에 걸쳐 서로 이격되어 있는 다수의 방향 검출용 픽셀 세트를 포함하고, 각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 해당 방향 검출용 픽셀 세트에 국소적인 입사각을 검출하기 위한 것인, 검출 장치.
3. 제2조항에 있어서, 상기 방향 검출용 픽셀 세트는 2차원 그리드로 배치되는, 검출 장치.
4. 제2조항 또는 제3조항에 있어서, 각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 방향 검출용 픽셀의 1차원 어레이를 포함하는, 검출 장치
5. 제4조항에 있어서, 상기 방향 검출용 픽셀 세트는, 검출기 평면의 2차원으로 방향을 검출하기 위해, 하나의 서브세트가 나머지 서브세트에 수직으로 배향되는 2개의 서브세트를 포함하는, 검출 장치.
6. 제2조항 또는 제3조항에 있어서, 각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 검출기 평면의 2차원으로 방향을 검출하기 위해 방향 검출용 픽셀의 2차원 어레이를 포함하는, 검출 장치.
7. 제2조항 내지 제6조항 중 어느 한 조항에 있어서, 각각의 방향 검출용 픽셀은 상기 산란 방사선으로부터 픽셀을 부분적으로 가리는 개개의 차광부를 포함하는, 검출 장치.
8. 제7조항에 있어서, 방향 검출용 픽셀 세트는 개개의 차광부를 갖는 방향 검출용 픽셀들을 포함하되, 각각의 차광부는 일부 입사 방사선을 허용하는 애퍼처를 갖고, 각각의 애퍼처는 대응하는 픽셀에 대해 상이한 오프셋 또는 위치를 가지는, 검출 장치.
9. 제8조항에 있어서, 각각의 애퍼처의 오프셋 또는 위치는 해당 방향 검출용 픽셀 세트 내에서의 개개의 픽셀의 위치에 대응하는, 검출 장치.
10. 제7조항 내지 제9조항 중 어느 한 조항에 있어서, 각각의 방향 검출용 픽셀은 차광부에 앞서 개개의 마이크로렌즈를 포함하는, 검출 장치.
11. 제2조항 내지 제6조항 중 어느 한 조항에 있어서, 각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 상기 산란 방사선을 방향 검출용 픽셀 세트 쪽으로 포커싱하도록 위치된 개개의 마이크로렌즈를 갖는, 검출 장치.
12. 제11조항에 있어서, 각각의 마이크로렌즈는 마이크로렌즈의 초점 거리를 포함하는, 개개의 방향 검출용 픽셀 세트로부터의 거리에 위치되는, 검출 장치.
13. 제11조항 또는 제12조항에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 10% 미만의 듀티 사이클로 희소하게 떨어져 있는 마이크로렌즈들의 어레이를 형성하는, 검출 장치.
14. 제7조항 내지 제10조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 검출 장치는 방향 검출용 픽셀 세트의 하나 이상의 방향 검출용 픽셀이 임계값을 넘어서는 세기 값을 검출하게 되는 상기 산란 방사선의 입사각을 결정하도록 동작가능한 프로세서를 포함하는, 검출 장치.
15. 제14조항에 있어서, 프로세서는 방향 검출용 픽셀 세트의 적어도 2개의 개개의 방향 검출용 픽셀 상에서 검출된 상대적인 세기 레벨로부터 산란 방사선의 입사각을 결정하도록 동작가능한, 검출 장치.
16. 제11조항 내지 제13조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 검출 장치는 방향 검출용 픽셀 세트 상에서 마이크로렌즈에 의해 포커싱된 스폿의 위치로부터 상기 산란 방사선의 입사각을 결정하도록 동작가능한 프로세서를 포함하는, 검출 장치.
17. 제14조항 내지 제16조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 방향 검출용 픽셀 세트 각각으로부터 국소적인 입사각 결정에 기초하여 상기 검출기에 의해 캡처된 이미지에 걸쳐 입사각 또는 그로부터 결정된 위상 값을 보간하기 위해 보간을 수행하고, 보간 단계의 결과를 이용하여 검출기에서 산란 방사선의 위상을 기술하는 위상 맵을 결정하도록 동작가능한, 검출 장치.
18. 제17조항에 있어서, 프로세서는 검출기에서 산란 방사선의 복소값 필드를 결정하기 위해 이미징 픽셀에 의해 캡처된 이미지 데이터 및 위상 맵을 사용하도록 동작가능한, 검출 장치.
19. 제18조항에 있어서, 검출 장치는 산란 방사선을 캡처하기 위한 센서 광학계를 포함하고, 프로세서는 상기 복소값 필드를 이용하여 센서 광학계의 수차를 보정하도록 동작가능한, 검출 장치.
20. 제1조항 내지 제19조항 중 어느 한 조항의 검출 장치를 포함하는 계측 디바이스.
21. 리소그래피 셀로서,
리소그래피 프로세스에 대한 보정이 결정되는 측정을 수행하기 위한 제20조항의 계측 디바이스; 및
상기 보정에 따라 리소그래피 프로세스를 수행하도록 동작가능한 리소그래피 장치를 포함하는, 리소그래피 셀.
22. 계측 모듈을 포함하는 리소그래피 장치로서, 계측 모듈은 제1조항 내지 제19조항 중 어느 한 조항의 검출 장치를 포함하는, 리소그래피 장치.
본 명세서에서는 IC의 제조에 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해 특별히 언급할 수 있지만, 여기에 설명된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음을 이해해야 할 것이다. 가능한 다른 응용예로는, 통합형 광학 시스템, 자기 도메인 메모리를 위한 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD) 및 박막 자기 헤드 등의 제조가 있다.
본 명세서에서는 검사 또는 계측 장치와 관련하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 언급할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 리소그래피 장치, 또는 웨이퍼(또는 기타 다른 기판) 또는 마스크(또는 기타 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. “계측 장치"라는 용어는 검사 장치 또는 검사 시스템을 지칭할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 검사 장치는 기판의 결함 또는 기판 상의 구조체의 결함을 검출하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판 상의 구조체의 관심 특성은 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치 않는 구조체의 존재에 관한 것일 수 있다.
"계측 장치/툴/시스템" 또는 "검사 장치/툴/시스템"을 구체적으로 언급하고 있지만, 이러한 용어는 동일하거나 유사한 타입의 툴, 장치 또는 시스템을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 특성을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 검사 장치 또는 계측 장치는 기판의 결함 또는 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 결함을 검출하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판 상의 구조체의 관심 특성은 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 또는 웨이퍼 상의 원치 않는 구조체의 존재에 관한 것일 수 있다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 발명은 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않으며 예를 들어 임프린트 리소그래피 등의 다른 응용예에서도 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
앞서 기술한 타겟 또는 타겟 구조체(보다 일반적으로는 기판 상의 구조체)는 측정의 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟 구조체이지만, 이와 다른 실시예에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분에 해당하는 하나 이상의 구조체 상에서 관심 특성이 측정될 수 있다. 많은 디바이스가 규칙적이고 격자 모양인 구조를 가지고 있다. 본 명세서에서 사용되는 구조체, 타겟 격자, 타겟 구조체라는 용어는 수행되는 측정을 위해 특별히 구조체가 제공될 것을 요하지 않는다. 또한, 계측 타겟의 피치(P)는 스캐터로미터의 광학 시스템의 분해능 한계에 가깝거나 더 작을 수도 있지만, 타겟부(C)에서 리소그래피 프로세스에 의해 만들어진 전형적인 제품 피처의 치수보다 훨씬 클 수 있다. 실제로, 타겟 구조체 내의 오버레이 격자의 라인 및/또는 공간은, 제품 피처와 치수가 유사한 더 작은 구조체를 포함하도록 만들어질 수 있다.
이상에서 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 앞선 설명은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 이하 제시되는 청구 범위로부터 벗어남이 없이, 기술된 본 발명에 대해 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 샘플로부터 산란된 산란 방사선으로부터 관심 파라미터를 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스를 위한 검출 장치로서,
    픽셀 어레이를 포함하는 검출기를 포함하되, 상기 픽셀 어레이는, 관심 파라미터가 결정되는 이미지를 검출하기 위한 이미징 픽셀 및 상기 검출기 상에서의 상기 산란 방사선의 입사각을 검출하기 위한 방향 검출용 픽셀을 포함하는, 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방향 검출용 픽셀은 검출기에 걸쳐 서로 이격되어 있는 다수의 방향 검출용 픽셀 세트를 포함하고, 각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 해당 방향 검출용 픽셀 세트에 국소적인 입사각을 검출하기 위한 것인, 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방향 검출용 픽셀 세트는 2차원 그리드로 배치되는, 검출 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 방향 검출용 픽셀의 1차원 어레이를 포함하고,
    선택적으로, 상기 방향 검출용 픽셀 세트는, 검출기 평면의 2차원으로 방향을 검출하기 위해, 하나의 서브세트가 나머지 서브세트에 수직으로 배향되는 2개의 서브세트를 포함하는, 검출 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 검출기 평면의 2차원으로 방향을 검출하기 위해 방향 검출용 픽셀의 2차원 어레이를 포함하는, 검출 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 방향 검출용 픽셀은 상기 산란 방사선으로부터 픽셀을 부분적으로 가리는 개개의 차광부(obscuration)를 포함하고,
    선택적으로, 방향 검출용 픽셀 세트는 개개의 차광부를 갖는 방향 검출용 픽셀들을 포함하되, 각각의 차광부는 일부 입사 방사선을 허용하는 애퍼처를 갖고, 각각의 애퍼처는 대응하는 픽셀에 대해 상이한 오프셋 또는 위치를 가지며,
    선택적으로, 각각의 애퍼처의 오프셋 또는 위치는 해당 방향 검출용 픽셀 세트 내에서의 개개의 픽셀의 위치에 대응하는, 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 방향 검출용 픽셀은 차광부에 앞서 개개의 마이크로렌즈를 포함하는, 검출 장치.
  8. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 방향 검출용 픽셀 세트는 상기 산란 방사선을 방향 검출용 픽셀 세트 쪽으로 포커싱하도록 위치된 개개의 마이크로렌즈를 갖는, 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 마이크로렌즈는 마이크로렌즈의 초점 거리를 포함하는, 개개의 방향 검출용 픽셀 세트로부터의 거리에 위치되는, 검출 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 10% 미만의 듀티 사이클로 희소하게 떨어져 있는 마이크로렌즈들의 어레이를 형성하는, 검출 장치.
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 검출 장치는 방향 검출용 픽셀 세트의 하나 이상의 방향 검출용 픽셀이 임계값을 넘어서는 세기 값을 검출하게 되는 상기 산란 방사선의 입사각을 결정하도록 동작가능한 프로세서를 포함하고,
    선택적으로, 프로세서는 방향 검출용 픽셀 세트의 적어도 2개의 개개의 방향 검출용 픽셀 상에서 검출된 상대적인 세기 레벨로부터 산란 방사선의 입사각을 결정하도록 동작가능한, 검출 장치.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 장치는 방향 검출용 픽셀 세트 상에서 마이크로렌즈에 의해 포커싱된 스폿의 위치로부터 상기 산란 방사선의 입사각을 결정하도록 동작가능한 프로세서를 포함하는, 검출 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 방향 검출용 픽셀 세트 각각으로부터 국소적인 입사각 결정에 기초하여 상기 검출기에 의해 캡처된 이미지에 걸쳐 입사각 또는 그로부터 결정된 위상 값을 보간하기 위해 보간을 수행하고, 보간 단계의 결과를 이용하여 검출기에서 산란 방사선의 위상을 기술하는 위상 맵을 결정하도록 동작가능하고,
    선택적으로, 프로세서는 검출기에서 산란 방사선의 복소값 필드를 결정하기 위해 이미징 픽셀에 의해 캡처된 이미지 데이터 및 위상 맵을 사용하도록 동작가능하고,
    선택적으로, 검출 장치는 산란 방사선을 캡처하기 위한 센서 광학계를 포함하고, 프로세서는 상기 복소값 필드를 이용하여 센서 광학계의 수차를 보정하도록 동작가능한, 검출 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 검출 장치를 포함하는 계측 디바이스.
  15. 리소그래피 셀로서,
    리소그래피 프로세스에 대한 보정이 결정되는 측정을 수행하기 위한 제14항의 계측 디바이스; 및
    상기 보정에 따라 리소그래피 프로세스를 수행하도록 동작가능한 리소그래피 장치를 포함하는, 리소그래피 셀.
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