KR20220122730A - 소형 오버레이 측정 시스템의 광학 설계 - Google Patents

Abstract

조명 빔, 빔 성형 시스템, 편광 변조 시스템, 빔 투영 시스템, 및 신호 검출 시스템을 포함하는 소형 센서 장치가 개시된다. 빔 성형 시스템은 조명 시스템으로부터 생성된 조명 빔을 성형하고 400 nm 내지 2000 nm의 파장 범위에 걸쳐 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿(flat top beam spot)을 생성하도록 구성된다. 편광 변조 시스템은 조명 빔의 선형 편광 상태를 조정 가능하게 하도록 구성된다. 빔 투영 시스템은 기판 상의 얼라인먼트 마크와 같은 타겟을 향해 플랫 탑 빔 스폿을 투영하도록 구성된다. 신호 검출 시스템은 타겟으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔을 포함하는 신호 빔을 수집하고, 신호 빔에 기반하여 타겟의 특성(예를 들어, 오버레이)을 측정하도록 구성된다.

Description

소형 오버레이 측정 시스템의 광학 설계

본 출원은 2020년 1월 29일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 62/967,106의 우선권을 주장하며, 그 전문은 본원에 참고로서 포함된다.

본 발명은 예를 들어, 오버레이 측정을 위한 광학 센서 장치 및 시스템에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 도포하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크, 레티클)의 패턴을 기판 상에 제공된 방사선 민감성 재료(레지스트)의 층 상에 투영할 수 있다.

기판 상에 패턴을 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 4-20 nm 범위 내의, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm의 파장을 갖는 극자외선(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는 예를 들어, 193 nm의 파장을 가진 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하는 데 사용될 수 있다.

디바이스 피처를 기판 상에 정확하게 배치하도록 리소그래피 공정을 제어하기 위해, 하나 이상의 회절 타겟(예를 들어, 얼라인먼트 마크)이 일반적으로 예를 들어 기판 상에 제공되고, 리소그래피 장치는 스택 두께, 재료 및/또는 각 웨이퍼의 공정(예: 공정 변동)을 기반으로 하는 오버레이 에러(예: 센서 간의 상호 작용으로 인한) 또는 공정 중 정확도 오류(on-process accuracy errors, OPAE)가 회절 타겟(예: 미세 회절 기반 오버레이)을 활용하여 정확하게 측정될 수 있는 하나 이상의 오버레이 센서를 포함한다.

소형 광학 시스템은 수백 개의 센서가 동일한 공통 플랫폼에서 구현될 수 있기 때문에 하드웨어 복잡성을 감소시키고 비용 효율성 및 확장성을 제공할 수 있다. 구성요소(예: 조명원, 섬유, 거울, 렌즈, 도파관, 검출기, 프로세서 등)의 집적은 기판 상의 얼라인먼트 마크의 특정 특성(예: 오버레이 등)을 측정하기 위한 소형 광학 센서를 제공할 수 있다. 또한, 동일한 기판의 여러 얼라인먼트 마크를 병렬 연결된 여러 센서(예: 센서 어레이)로 조사할 수 있으며 서로 다른 측정을 동시에 또는 실시간으로 수행할 수 있다.

따라서, 센서 장치의 광학 조명 및 수집 시스템에서 이러한 소형화를 달성하고 미세 회절 기반 오버레이를 정밀하게 측정 가능하며 확장 가능한, 소형 센서 시스템을 제공할 필요가 있다.

일부 실시예에서, 조명 빔, 빔 성형 시스템, 편광 변조 시스템, 빔 투영 시스템, 및 신호 검출 시스템을 포함하는 소형 센서 장치가 개시된다. 빔 성형 시스템은 조명 시스템으로부터 생성된 조명 빔을 성형하고 400 nm 내지 2000 nm의 파장 범위에 걸쳐 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿(flat top beam spot)을 생성하도록 구성된다. 편광 변조 시스템은 조명 빔의 선형 편광 상태를 조정 가능하게 하도록 구성된다. 빔 투영 시스템은 기판 상의 얼라인먼트 마크와 같은 타겟을 향해 플랫 탑 빔 스폿을 투영하도록 구성된다. 신호 검출 시스템은 타겟으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔을 포함하는 신호 빔을 수집하고, 신호 빔에 기반하여 타겟의 특성(예를 들어, 오버레이)을 측정하도록 구성된다.

본 발명의 일 양태는 센서 장치를 제공하며, 센서 장치는 조명 시스템으로부터 생성된 조명 빔을 성형하고 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿을 생성하도록 구성된 빔 성형 시스템; 기판 상의 타겟을 향해 플랫 탑 빔 스폿을 투영하도록 구성된 빔 투영 시스템; 및 타겟으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔(diffraction order sub-beams)을 포함하는 신호 빔을 수집하고 수집된 신호 빔에 기반하여 타겟의 특성을 측정하도록 구성된 신호 검출 시스템을 포함한다.

일부 실시예에서, 타겟은 기판 상의 얼라인먼트 마크(alignment mark)이고, 타겟의 특성은 오버레이 측정값(overlay measurement)이다.

일부 실시예에서, 센서 장치의 광축에 수직인 센서 장치의 단면의 크기는 약 5mm x 5mm 이하이다.

일부 실시예에서, 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿은 400 nm 내지 2000 nm의 파장 범위에 걸쳐 있다.

일부 실시예에서, 조명 시스템은 빔 성형 시스템에 결합된 광 결정 섬유(photonic crystal fiber)를 포함한다.

일부 실시예에서, 빔 성형 시스템은 콜리메이터 렌즈(collimator lens), 공간 광 변조기(spatial light modulator) 및 포커싱 렌즈를 포함한다.

일부 실시예에서, 빔 성형 시스템은 광 결정 섬유에 결합된 광자 요소, 콜리메이터 렌즈 및 포커싱 렌즈를 포함한다.

일부 실시예에서, 광자 요소는 광 결정 섬유와 동일한 밴드갭(bandgap)을 포함한다.

일부 실시예에서, 빔 성형 시스템은 콜리메이터 렌즈 및 비구면(aspheric) 빔 성형기를 포함한다.

일부 실시예에서, 센서 장치는 빔 성형 시스템 다음으로 배치되고 조명 빔의 선형 편광 상태(linear polarization state)의 조정성을 제공하도록 구성된 편광 변조 시스템(polarization modulation system)을 더 포함한다.

일부 실시예에서, 편광 변조 시스템은 고정 선형 편광기(fixed linear polarizer), 1/4 파장판(wave plate) 및 회전 가능한 선형 편광기를 포함한다.

일부 실시예에서, 편광 변조 시스템은 고정 선형 편광기 및 회전 가능한 반파장판(half waveplate)을 포함한다.

일부 실시예에서, 신호 검출 시스템은 중앙 렌즈, 반사체, 및 신호 검출기를 포함한다.

일부 실시예에서, 중앙 렌즈는 빔 투영 시스템 및 신호 검출 시스템이 공유하는 공통 구성요소이다.

일부 실시예에서, 빔 투영 시스템은 시야 조리개(field stop), 회절 격자, 중앙 렌즈 상의 2개의 반사 표면, 2개의 오목 거울, 및 기계적 셔터를 포함한다.

일부 실시예에서, 빔 투영 시스템은 시야 조리개, 콜리메이터 렌즈, 구경 조리개(aperture stop), 빔 스플리터(beam splitter), 2개의 평면 거울, 중앙 렌즈 상의 2개의 반사 표면, 2개의 오목 거울, 및 기계적 셔터를 포함한다.

일부 실시예에서, 빔 투영 시스템은 시야 조리개, 콜리메이터 렌즈, 구경 조리개, 빔 스플리터, 평면 거울의 제1 쌍, 2개의 오목 거울, 평면 거울의 제2 쌍 및 기계식 셔터를 포함한다.

본 발명의 다른 양태는 리소그래피 장치의 프로세싱 에러를 정정하기 위한 방법을 제공하고, 방법은 복수의 센서에 의해 기판 상의 복수의 타겟의 특성을 측정하는 단계를 포함하며, 각각의 센서는: 조명 시스템으로부터 생성된 조명 빔을 성형하고 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿(flat top beam spot)을 생성하도록 구성된 빔 성형 시스템; 기판 상의 타겟을 향해 플랫 탑 빔 스폿을 투영하도록 구성된 빔 투영 시스템; 및 타겟으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔(diffraction order sub-beams)을 포함하는 신호 빔을 수집하고 수집된 신호 빔에 기반하여 타겟의 특성을 측정하도록 구성된 신호 검출 시스템을 포함하고, 복수의 센서에 결합된 프로세서에 의해 복수의 타겟의 특성을 결정하는 단계; 및 복수의 타겟의 특성에 기반하여 리소그래피 장치 또는 기판의 프로세싱 에러를 정정하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 방법은 빔 성형 시스템의 비구면 렌즈, 푸리에 변환기(Fourier transformer), 또는 광자 요소를 사용하여 조명 빔을 성형하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 방법은 반사면을 포함하는 렌즈를 빔 투영 시스템 및 신호 검출 시스템 모두의 공통 구성요소로서 사용하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 추가적인 특징, 이점 및 다양한 실시예의 구조 및 작동은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명된다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 특정 실시예로 제한되지 않음에 유의해야 한다. 이러한 실시예는 본 명세서에 예시의 목적으로만 제시된다. 추가적인 실시예는 본 명세서에 포함된 교시에 기반하여 당업자에게 명백할 것이다.

본 명세서에 포함되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명을 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하며 관련 기술 분야의 당업자가 발명을 제조하고 사용할 수 있도록 하는 역할을 한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 리소그래피 장치의 개략도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 센서 장치의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 센서 장치 내 빔 성형 시스템의 3가지 구현의 개략도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 일부 예시적인 실시예에 따른, 도 2의 센서 장치 내 편광 변조 시스템의 두 가지 구현의 개략도를 도시한다.
도 5 내지 도 7은 일부 예시적인 실시예에 따른, 다양한 빔 투영 시스템을 사용하는 도 2의 센서 장치의 다양한 구현의 개략도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 프로세싱 에러를 정정하기 위한 흐름도를 도시한다.
본 발명의 특징 및 이점은 유사한 참조 부호가 전체에 걸쳐 대응하는 요소를 식별하는 도면과 함께 취해질 때 아래에 설명된 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 도면에서, 유사한 참조 번호는 일반적으로 동일한, 기능적으로 유사한 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 나타낸다. 또한 일반적으로 참조 번호의 맨 왼쪽 숫자는 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별한다. 달리 표시되지 않는 한, 본 발명 전체에 걸쳐 제공된 도면은 축척 도면으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서는 본 발명의 특징을 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시한다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 제한되지 않는다. 본 발명은 본원에 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.

설명된 실시예(들) 및 명세서에서 "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예" 등에 대한 참조는 설명된 실시예(들)가 특정한 피처, 구조 또는 특성을 포함할 수 있음을 나타내지만, 모든 실시예가 특정한 피처, 구조 또는 특성을 반드시 포함하지 않을 수 있다. 또한, 이러한 문구는 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정한 피처, 구조 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때, 이러한 피처, 구조 또는 특성을 다른 실시예와 관련하여 실시하는 것은 명시적으로 설명되었는지와 관계없이 당업자의 지식 범위 내에 있는 것으로 이해된다.

"아래", "밑", "아래에(lower)", "위", "상(on)", "위에(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 하나의 요소 또는 피처와 도면에 도시된 다른 요소(들) 또는 피처(들)과의 관계의 설명을 용이하게 하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향에 더하여 사용 또는 작동 중인 장치의 다른 방향을 포함하도록 의도된다. 장치는 또한 배향될 수 있고(90도 회전되거나 다른 방향으로) 여기에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술자(descriptors)도 마찬가지로 그에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어 "약(about)"은 특정 기술에 기반하여 변할 수 있는 주어진 양의 값을 나타낸다. 특정 기술에 따라 "약"이라는 용어는 예를 들어 값의 10-30%(예: 값의 ±10%, ±20% 또는 ±30%) 내에서 변하는 주어진 양의 값을 나타낼 수 있다.

본 발명의 실시예는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 하나 이상의 프로세서에 의해 판독 및 실행될 수 있는 기계 판독 가능 매체에 저장된 명령어로서 구현될 수 있다. 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장하거나 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독 가능 매체는 ROM(Read Only Memory); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기 디스크 저장 매체; 광 저장 매체; 플래시 메모리 장치; 전기, 광학, 음향 또는 기타 형태의 전파 신호(예: 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 및 기타를 포함할 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴 및/또는 명령어는 특정 동작을 수행하는 것으로 본 명세서에서 설명될 수 있다. 그러나 이러한 설명은 단지 편의를 위한 것이며 그러한 동작은 실제로 컴퓨팅 장치, 프로세서, 컨트롤러 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등을 실행하는 기타 장치에서 비롯된다는 점을 이해해야 한다.

그러나, 이러한 실시예를 더 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

예시적인 리소그래피 시스템

도 1은 방사선 소스(SO) 및 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 구성된 지지 구조체(MT), 투영 시스템(PS), 및 기판(W)을 지지하도록 구성된 기판 테이블(WT)을 포함한다.

조명 시스템(IL)은 EUV 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)에 입사하기 전에 EUV 방사선 빔(B)을 조절하도록 구성된다. 이에 대해, 조명 시스템(IL)은 패싯 필드 미러 디바이스(faceted field mirror device)(10) 및 패싯 퓨필 미러 디바이스(faceted pupil mirror device)(11)를 포함할 수 있다. 패싯 필드 미러 디바이스(10) 및 패싯 퓨필 미러 디바이스(11)는 함께 EUV 방사선 빔(B)에 원하는 단면 형상 및 원하는 강도 분포를 제공한다. 조명 시스템(IL)은 패싯 필드 미러 디바이스(10) 및 패싯 퓨필 미러 디바이스(11)에 더하여 또는 그 대신에 다른 미러 또는 디바이스를 포함할 수 있다.

이와 같이 컨디셔닝된 후, EUV 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(MA)와 상호작용한다. 이 상호 작용의 결과로 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')이 생성된다. 투영 시스템(PS)은 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')을 기판(W) 상으로 투영하도록 구성된다. 이를 위해, 투영 시스템(PS)은 기판 테이블(WT)에 의해 유지되는 기판(W) 상으로 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')을 투영하도록 구성된 복수의 미러(13, 14)를 포함할 수 있다. 투영 시스템(PS)은 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')에 감소 인자를 적용할 수 있고, 따라서 패터닝 디바이스(MA) 상의 대응하는 피처보다 더 작은 피처를 갖는 이미지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 4 또는 8의 감소 계수가 적용될 수 있다. 투영 시스템(PS)은 도 1에서 2개의 미러(13, 14)만을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 투영 시스템(PS)은 상이한 개수의 미러(예를 들어, 6개 또는 8개의 미러)를 포함할 수 있다.

기판(W)은 미리 형성된 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우, 리소그래피 장치(LA)는 패터닝된 EUV 방사선 빔(B')에 의해 형성된 이미지를 기판(W) 상에 미리 형성된 패턴과 정렬시킨다.

상대 진공(relative vacuum), 즉 대기압보다 훨씬 낮은 압력에서 소량의 가스(예: 수소)가 방사선 소스(SO), 조명 시스템(IL), 및/또는 투영 시스템(PS)에 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, 공정 중 정확도 오류(OPAE)는 스택 두께, 재료 및/또는 각 웨이퍼 상의 공정의 변화(즉, 공정 변동) 및 센서 간의 상호작용으로 인한 오버레이 에러에 의해 발생한다. 공정 변화는 OPAE를 유발하는 기판의 얼라인먼트 마크에서 반사된 빛의 광학 속성을 변경한다. 얼라인먼트 마크의 비대칭을 수정하는 마크 비대칭 재구성(mark asymmetry reconstruction, MAR), 개선된 센서 및 예측 모델링과 같은 다양한 기술에도 불구하고 웨이퍼 스택 속성 변동(즉, 공정 변동)은 OPAE에 대한 하한을 낮추며 현재의 기술과 시스템을 사용해서는 더 이상 감소시킬 수 없다.

개시된 소형 센서 시스템은 하드웨어 복잡성을 감소시키고, 더 나은 정확도, 비용 효율성 및 확장성을 제공할 수 있다. 동일한 공통 플랫폼(예: 20mm x 100mm)에 구현된 약 2mm x 2mm 정도의 소형 센서는 수백 개의 센서로 구성된 센서 어레이를 형성할 수 있다. 이러한 소형화된 센서(예: 2mm x 2mm)는 기판 상의 얼라인먼트 마크의 특정 특성(예: 오버레이 에러, OPAE 등)을 측정할 수 있다.

또한, 단일 센서 장치 내 구성요소(예를 들어, 조명원, 섬유, 미러, 렌즈, 검출기, 프로세서 등)의 집적은 소형화를 개선할 수 있다. 또한 집적 렌즈를 사용하여 회절 기반 측정을 위한 수집 시스템의 크기 제한을 더욱 줄일 수 있다. 또한 동일한 기판의 여러 얼라인먼트 마크를 여러 센서(예: 센서 어레이)로 조사할 수 있으며 서로 다른 측정을 동시에 또는 실시간으로 수행할 수 있다.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 센서 장치(200)의 개략도를 도시한다. 센서 장치(200)는 기판(202) 상의 회절 타겟(204)의 특성(예를 들어, 오버레이 에러, OPAE 등)을 측정하고 프로세싱 에러(예를 들어, OPAE 등)를 정정하고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)에서 오버레이를 개선하도록 구성될 수 있다.

센서 장치(200)는 조명 시스템(210), 빔 성형 시스템(220), 편광 변조 시스템(230), 빔 투영 시스템(240), 및 신호 검출 시스템(250)을 포함할 수 있다. 독립형 장치로서 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 실시예는 이 예에 제한되지 않으며, 본 발명의 센서 장치(200) 실시예는 리소그래피 장치(LA) 및/또는 기타 광학 시스템과 함께 사용될 수 있으며 이에 제한되지 않는다.

조명 시스템(210)은 빔 성형 시스템(220)을 향해 조명 빔을 전송하도록 구성될 수 있다. 조명 시스템(210)은 조명원(212), 조명 커플링(214), 및 광 결정 섬유(PCF)(216)를 포함한다. 조명원(212)은 조명 빔을 생성하고 조명 커플링(214), 예를 들어 광섬유 케이블을 통해 PCF(216)에 커플링된다.

광원(212)은 하나 이상의 통과대역을 갖는 전자기 광대역 조명 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 하나 이상의 통과대역은 약 400 nm 내지 약 2000 nm 사이의 파장 스펙트럼 내에 있을 수 있다. 일 예에서, 하나 이상의 통과대역은 약 10 nm 내지 약 700 nm 사이의 파장 스펙트럼 내에 있을 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 통과대역은 약 700 nm 내지 약 2000 nm 사이의 파장 스펙트럼 내에 있을 수 있다. 조명 시스템(210)은 장기간(예를 들어, 조명 시스템(210)의 수명에 걸쳐) 실질적으로 일정한 중심 파장(CWL) 값을 갖는 하나 이상의 통과대역을 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 조명 시스템(210)의 이러한 구성은 현재 정렬 시스템에서 위에서 논의된 바와 같이 원하는 CWL 값으로부터 실제 CWL 값으로의 변화를 방지하는 것을 도울 수 있다. 그리고 결과적으로, 일정한 CWL 값을 사용하면 현재의 장치에 비해 센서 시스템(예: 센서 장치(200))의 장기 안정성 및 정확도를 향상시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 조명 시스템(210)은 큰 에텐듀(etendue)(즉, 빛의 확산, 예를 들어 광원의 면적(A)과 광원에서 볼 때 시스템의 입사 퓨필이 마주하는 입체각(Ω)의 곱) 를 제공할 수 있는 방사선 소스에 대해 광대역 광원 (즉, 광 주파수 또는 파장, 즉 색상 범위가 넓은 광원)을 사용하고 여러 파장의 혼합을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 빔(201)은 광대역 내 복수의 파장을 포함할 수 있고 바람직하게는 각각이 Δλ의 대역폭 및 적어도 2Δλ(즉, 대역폭의 2배)의 간격을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 시스템(210)은 섬유 다발을 사용하여 분할된 확장된 방사선 소스의 상이한 부분에 대한 방사선의 여러 "소스"를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해 산란 스펙트럼은 여러 파장에서 병렬로 측정될 수 있다. 예를 들어, 2차원 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3차원 스펙트럼(파장과 두 개의 다른 각도)을 측정할 수 있다. 이를 통해 더 많은 정보를 측정할 수 있어, 메트롤로지 프로세스의 견고성이 향상된다. 이는 EP 1628164 A2에 더 자세히 설명되어 있으며, 그 전문은 본원에 참조로서 포함된다.

광 결정 섬유(Photonic Crystal Fibers, PCFs)는 주기적인 광학 나노구조로 인해 광자의 움직임에 영향을 미치는 광 결정의 특성을 기반으로 하는 광섬유의 한 부류이며, 구조적 변형에 의해 광자가 유도되는 미세구조 광섬유의 하위 부류이다. PCF는 (1) 고굴절률 가이딩 섬유(high index guiding fibers)(예: 솔리드 코어 - 고굴절률 코어); 및 (2) 저굴절률 가이딩 섬유(low index guiding fibers)(예: 광자 밴드갭(PBG) - 저굴절률 코어)의 두 가지 부류로 나뉜다. 저굴절률 가이딩 섬유의 특수한 부류에는 중공 코어 섬유(hollow-core fibers)가 포함되며, 이는 (1) PBG 섬유; 및 (2) 반공진 섬유(anti-resonance fibers)[예: "음의 곡률" 코어 서라운드, 노드 없는 반공진 튜브 격자 섬유(anti-resonant nodeless tube-lattice fiber, ANF)]의 두 가지 범주로 더 나뉜다. 광자 밴드갭(PBG) 섬유는 밴드갭 효과에 의해 빛을 한정한다. 광섬유 코어를 둘러싸고 있는 클래딩(cladding)의 주기적인 구조로 인해 광자 밴드갭이 생성되어 PBG 내의 주파수를 가진 광자가 클래딩을 통해 전파될 수 없고 코어에 한정된다.

PCF(216)는 조명 커플링(214)으로부터 조명 빔을 수신하고 조명 빔을 빔 성형 시스템(220)으로 전송하도록 구성될 수 있다. PCF(216)는 광자 밴드갭(PBG)을 형성할 수 있는 임의의 적절한 광학 재료일 수 있다. 예를 들어, PCF(216)는 반도체(예를 들어, Si, Ge, SiGe, GaAs, InP 등) 또는 유전체일 수 있다. PCF(216)는 빔 성형 시스템(220)에 연결된다. 예를 들어, PCF(216)의 출력 포트는 후술하는 바와 같이 빔 성형 시스템(220)의 콜리메이터 렌즈에 인접한다.

빔 성형 시스템(220)은 조명 시스템(210)으로부터 조명 빔을 수신하고 조명 빔을 성형하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 성형 시스템(220)은 PCF(216)의 출력 포트로부터의 조명 빔을 변조하여 400 nm 내지 2000 nm의 파장 범위에 걸쳐 양호한 균질성을 갖는 플랫 탑 빔 스폿을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 성형 시스템(220)의 크기는 매우 소형이다. 도 3a 내지 도 3c는 일부 예시적인 실시예에 따른 빔 성형 시스템(220)의 3가지 구현의 개략도를 도시한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 일 구현에서, 빔 성형 시스템(220-1)은 콜리메이터 렌즈(311), 공간 광 변조기(SLM)(313), 및 집속 렌즈(315)를 포함할 수 있다. 콜리메이터 렌즈(311)는 PCF(216)의 출력을 따라 배열되어 조명 빔을 평행한 광 빔으로 변환한다. SLM(315)은 콜리메이터 렌즈(311) 다음에 배열되고, 파장에 기초하여 평행 광 빔의 강도 및/또는 위상을 변조하도록 구성된다. SLM(315) 및 집속 렌즈(315)는 푸리에 변환기를 형성할 수 있다. 이와 같이, 편광 변조 시스템(220-1)은 주어진 조명 프로파일에 대한 플랫 탑 빔 스폿을 획득하기 위해 퓨필 평면에서 구성 가능한 아포다이저(apodizer)로서 작용할 수 있다. 퓨필 평면은 방사선의 방사 위치가 입사각을 정의하고 각도 위치가 방사선의 방위각을 정의하는 평면이다. 편광 변조 시스템(220-1)은 무색(achromatic)일 수 있고 입사 빔 프로파일에 독립적일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 선택적으로, 스위치 온/오프 조명 아암(미도시)이 편광 변조 시스템(220-1)에 배열될 수 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 다른 구현에서, 빔 성형 시스템(220-2)은 광자 요소(322), 콜리메이터 렌즈(324), 및 집속 렌즈(326)를 포함할 수 있다. 광자 요소(322)는 PCF(216)의 출력부에 연결되도록 배열되고 재이미지화된 탑햇(reimaged top hat)을 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 광자 요소(322)는 사각 코어 광 결정 도파관(PCW), 또는 섬유일 수 있다. 콜리메이터 렌즈(324) 및 집속 렌즈(326)는 광자 요소(322) 다음에 배열될 수 있고 릴레이 렌즈(relay lens)로서 구성될 수 있다. 이러한 구현은 매우 컴팩트할 수 있다. 또한, 빔 성형이 광자 요소(322)를 사용하여 수행되기 때문에, 편광 변조 시스템(220-2)은 설계 및 제작이 용이할 수 있다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 제3 구현에서, 빔 성형 시스템(220-3)은 콜리메이터 렌즈(337) 및 비구면(aspheric) 빔 성형기(339)를 포함할 수 있다. 콜리메이터 렌즈(337)는 입사 조명 빔을 평행 광 빔으로 시준하기 위해 PCF(216)의 출력을 따라 배열된다. 일부 실시예에서, 평행 광 빔은 가우시안 분포를 가질 수 있고 작동 스펙트럼 대역에 걸쳐 일정한 1/e^2에서 약 0.5mm의 빔 웨이스트(beam waist)를 가질 수 있다. 비구면 빔 성형기(339)는 콜리메이터 렌즈(311) 다음에 배열되고, 평행 광 빔의 파면(wave front) 및 스폿 프로파일 모두를 변조하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 비구면 빔 형성기(339)는 용융 실리카 비구면 렌즈일 수 있다. 비구면 빔 형성기(339)의 집속 길이는 약 100mm와 같이 80mm 내지 110mm의 범위에 있을 수 있다. 파면과 스폿 프로파일을 모두 제어하면 생성된 플랫 탑 빔 스폿이 파장에 매우 민감하게 되기 때문에, 용융 실리카 비구면 렌즈가 광대역 작업에서 작동하도록 하고 색채 효과를 제거하기 위해 비구면 렌즈 표면을 제작하는 것은 어렵다는 점에 유의해야 한다.

편광 변조 시스템(230)은 빔 성형 시스템(220) 다음에 배열될 수 있고, 조명 빔의 선형 편광 상태의 조정성을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 편광 변조 시스템(230)은 임의의 적절한 편광 광학 어셈블리일 수 있다. 도 4a 및 4b는 일부 예시적인 실시예에 따른 편광 변조 시스템(230)의 두 가지 구현의 개략도를 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 일 구현에서, 편광 변조 시스템(230-1)은 고정 선형 편광기(432), 1/4 파장판(434), 및 회전 가능한 선형 편광기(436)를 포함할 수 있다. 회전 가능한 선형 편광기(336)는 1/4 파장판(434) 다음에 배열되고, 편광 변조 시스템(230)의 광축에 직교하는 평면에서 임의의 배향으로 선형 편광기를 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 회전 가능한 선형 편광기(436)는 회전 가능한 플랫폼과 상기 회전 가능한 플랫폼 상의 선형 편광기를 포함한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 다른 구현에서, 편광 변조 시스템(230-2)은 고정 선형 편광기(452) 및 회전 가능한 반 파장판(454)을 포함할 수 있다.

빔 투영 시스템(240)은 편광 변조 시스템(230) 다음에 배열될 수 있고, 기판 상의 타겟(290)을 향해 편광된 조명 빔을 수신 및 전송하고 신호 빔을 생성하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 타겟(290)은 기판 상의 얼라인먼트 마크일 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 스테이지에 의해 지지될 수 있고 정렬 축을 따라 중앙에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판 상의 타겟(290)은 현상 후에 바아(bars)가 솔리드 레지스트 라인으로 형성되도록 인쇄되는 1-D 격자일 수 있다. 일부 실시예에서, 타겟(290)은 2차원 어레이 또는 격자일 수 있으며, 이는 현상 후에 격자가 레지스트 내의 솔리드 레지스트 필라(pillars) 또는 비아(vias)로 형성되도록 인쇄된다. 예를 들어, 바아, 필라 또는 비아는 대안적으로 기판으로 에칭될 수 있다.

일부 실시예들에서, 신호 빔은 타겟(290)으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호 빔은 1차 회절 차수(예: 0) 서브-빔, 2차 회절 차수(예: - 1) 서브-빔, 및 3차 회절 차수(예: +1) 서브-빔을 포함할 수 있다. 신호 빔은 신호 검출 시스템(250)에 의해 수집될 수 있다. 신호 검출 시스템(250)은 신호 빔에 기초하여 타겟(290)의 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 검출 시스템(250)에 의해 측정된 타겟(290)의 특성은 오버레이 측정(예: 오버레이 에러)이다. 일부 실시예에서, 신호 검출 시스템(250)은 신호 검출 시스템(250)에 의해 검출된 타겟(290)의 특성에 기초하여 프로세싱 에러(예를 들어, 오버레이 측정, OPAE 등)를 결정하도록 구성된 프로세서(미도시)에 연결된다.

도 5 내지 도 7은 일부 예시적인 실시예에 따른 다양한 빔 투영 시스템(240)을 사용하는 센서 장치(200)의 다양한 구현의 개략도를 도시한다.

도 5에 도시된 바와 같은 센서 장치(200-1)의 제1 구현을 참조하면, 조명 빔(520)은 조명 시스템(210)으로부터 생성될 수 있고, 전술한 바와 같이 빔 성형 시스템(220) 및 편광 변조 시스템(230)을 통과할 수 있다. 빔 성형 시스템(220)은 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 전술한 3개의 구현들(220-1, 220-2, 220-3) 중 어느 하나일 수 있고 편광 변조 시스템(230)은 도 4a 및 도 4b와 관련하여 전술한 2개의 구현(230-1, 230-2) 중 어느 하나일 수 있다는 점에 유의해야 한다.

빔 성형 및 편광 변조 후, 조명 빔(520)은 도 5에 도시된 바와 같이 시야 조리개(511) 및 회절 격자(513)를 통과하고, 제1 조명 서브-빔(522) 및 제2 조명 서브-빔(524)으로 분할될 수 있다.

조명 서브-빔들(522 및 524)은 각각 중앙 렌즈(530) 상의 2개의 반사 표면(532 및 534)에 의해 반사될 수 있고, 그 후 각각 2개의 오목 거울(542 및 544)에 의해 반사될 수 있다. 2개의 오목 거울(542, 544)은 각진 거울, 포물면(parabolic) 거울, 또는 타원형 거울일 수 있다. 중앙 렌즈(530) 및 오목 거울(542)의 반사 표면(532)은 제1 서브-빔(522)을 타겟(290)에 포커싱하기 위한 제1 자유형 비평면 슈바르츠실트 망원경(aplanatic Schwarzchild telescope)을 형성할 수 있고, 중앙 렌즈(530) 및 오목 거울(544)의 반사 표면(534)은 제 2 자유형 비평면 슈바르츠실트 망원경을 형성하여 제 2 서브-빔(524)을 타겟(290)에 포커싱한다. 기계적 셔터(560)는 제1 서브-빔(522) 및 제2 서브-빔(524)의 광학 경로에 배열되어 2개의 조명 채널을 온/오프로 선택적으로 제어할 수 있다. 기계적 셔터(560)는 임의의 적합한 집적 광학계를 사용하여 구현될 수 있다.

타겟(290)으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔을 포함하는 신호 빔(570)은 중앙 렌즈(530)에 의해 포커싱된 다음 반사기(580)에 의해 신호 검출기(590)로 반사될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 검출기(590)는 카메라일 수 있다. 전술한 바와 같이, 빔 성형 시스템(220)은 센서 장치(200)의 전체 동작 대역을 커버하는 측파장(side wavelength) 범위에 걸쳐 플랫 탑 빔 스폿을 제공하기 때문에, 회절 차수(예: + 및 -) 서브-빔의 강도 차이를 측정할 때 부정확하게 포함된 잠재적 변위를 피할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 시야 조리개(511), 회절 격자(513), 중앙 렌즈(530)의 반사 표면(532, 534), 오목 거울(542, 544), 및 기계적 셔터(560)는 빔 투영 시스템(240)을 구성할 수 있고, 중앙 렌즈(530), 반사기(580) 및 신호 검출기(590)는 신호 검출 시스템(250)을 구성할 수 있다. 중앙 렌즈(530)는 빔 투영 시스템(240)과 신호 검출 시스템(250) 모두에 의해 공유된다는 점에 유의해야 한다.

도 6에 도시된 바와 같은 센서 장치(200-2)의 제2 구현을 참조하고, 전술한 센서 장치(200-1)의 제1 구현과 비교하면, 차이점은 빔 성형 시스템(220) 다음에 그리고 중앙 렌즈(630)(도 5에 도시된 530) 이전에 배열된 빔 투영 시스템(240)의 구성요소를 포함한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 조명 빔(620)이 성형 시스템(220)에 의해 성형된 후, 조명 빔(620)은 평행 빔을 형성하기 위해 시야 조리개(611) 및 콜리메이터 렌즈(613)를 통과할 수 있다. 평행 빔의 편광은 전술한 바와 같이 편광 변조 시스템(230)에 의해 변조될 수 있다. 빔 성형 시스템(220)은 도 3a 내지 3c와 관련하여 전술된 3개의 구현들(220-1, 220-2, 220-3) 중 임의의 하나일 수 있고 편광 변조 시스템(230)은 도 4a 및 4b와 관련하여 전술한 2개의 구현(230-1, 230-2) 중 어느 하나일 수 있다는 점에 유의해야 한다.

편광 변조 후, 조명 빔(620)은 구경 조리개(615) 및 빔 스플리터(617)를 통과할 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 조명 서브-빔(622) 및 제2 조명 서브-빔(624)으로 분할될 수 있다. 조명 서브-빔(622 및 624)은 각각 2개의 평면 거울(652 및 654)에 의해 반사될 수 있고, 각각 중앙 렌즈(630) 상의 2개의 반사 표면(632 및 634)에 의해 반사된 다음, 각각 2개의 오목 거울(642 및 644)에 의해 반사될 수 있다. 2개의 오목 거울(642, 644)은 각진 거울, 포물면 거울, 또는 타원형 거울일 수 있다. 중앙 렌즈(630) 및 오목 거울(642)의 반사 표면(632)은 제1 서브-빔(622)을 타겟(290)에 포커싱하기 위한 제1 자유형 비평면 슈바르츠실트 망원경을 형성할 수 있고, 중앙 렌즈(630) 및 오목 거울(644)의 반사 표면(634)은 제2 자유형 비평면 슈바르츠실트 망원경을 형성하여 제 2 서브-빔(624)을 타겟(290)에 포커싱한다. 기계적 셔터(660)는 제1 서브-빔(622) 및 제2 서브-빔(624)의 광학 경로에 배열되어 2개의 조명 채널을 온/오프로 선택적으로 제어할 수 있다. 기계적 셔터(660)는 임의의 적합한 집적 광학계를 사용하여 구현될 수 있다.

타겟(290)으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔을 포함하는 신호 빔(670)은 중앙 렌즈(630)에 의해 포커싱된 다음 반사기(680)에 의해 신호 검출기(690)로 반사될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 검출기(690)는 카메라일 수 있다. 전술한 바와 같이, 빔 성형 시스템(220)은 센서 장치(200)의 전체 동작 대역을 커버하는 측파장(side wavelength) 범위에 걸쳐 플랫 탑 빔 스폿을 제공하기 때문에, 회절 차수(예: + 및 -) 서브-빔의 강도 차이를 측정할 때 부정확하게 포함된 잠재적 변위를 피할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 시야 조리개(611), 콜리메이터 렌즈(613), 구경 조리개(615), 빔 스플리터(617), 평면 거울(652, 654), 중앙 렌즈(630)의 반사 표면(632, 634), 오목 거울(642, 644) 및 기계적 셔터(660)는 빔 투영 시스템(240)을 구성할 수 있고, 중앙 렌즈(630), 반사기(680) 및 신호 검출기(690)는 신호 검출 시스템(250)을 구성할 수 있다. 편광 변조 시스템(230)은 빔 투영 시스템(240)의 구성요소들 사이에 배열되고 중앙 렌즈(630)는 빔 투영 시스템(240)과 신호 검출 시스템(250) 모두에 의해 공유된다는 점에 유의한다.

도 7에 도시된 바와 같은 센서 장치(200-3)의 제3 구현을 참조하고, 전술한 센서 장치(200-2)의 제2 구현과 비교하면, 차이점은 빔 스플리터(717)(도 6에 도시된 617) 및 타겟(290) 뒤에 배열된 빔 투영 시스템(240)의 구성요소를 포함한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 조명 빔(720)이 성형 시스템(220)에 의해 성형된 후, 조명 빔(720)은 평행 빔을 형성하기 위해 시야 조리개(711) 및 콜리메이터 렌즈(713)를 통과할 수 있다. 평행 빔의 편광은 전술한 바와 같이 편광 변조 시스템(230)에 의해 변조될 수 있다. 빔 성형 시스템(220)은 도 3a 내지 3c와 관련하여 전술된 3개의 구현들(220-1, 220-2, 220-3) 중 임의의 하나일 수 있고 편광 변조 시스템(230)은 도 4a 및 4b와 관련하여 전술한 2개의 구현(230-1, 230-2) 중 어느 하나일 수 있다는 점에 유의해야 한다.

편광 변조 후, 조명 빔(720)은 개구 조리개(715) 및 빔 스플리터(717)를 통과할 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 조명 서브-빔(722) 및 제2 조명 서브-빔(724)으로 분할될 수 있다. 조명 서브-빔들(722, 724)은 제1 쌍의 평면 거울(752, 754)에 의해 각각 반사될 수 있고, 각각 2개의 오목 거울(772, 774)에 의해 반사될 수 있으며, 그 다음 각각 제2 쌍의 평면 거울(782 및 784)에 의해 반사될 수 있다. 2개의 오목 거울(772, 774)은 각진 거울, 포물면 거울, 또는 타원형 거울일 수 있다. 오목 거울(772)과 평면 거울(782)은 제1 자유형 비평면 슈바르츠실트 망원경을 형성하여 제1 서브-빔(722)을 타겟(290)에 포커싱할 수 있고, 오목 거울(774)과 평면 거울(784)은 제2 자유형 비평면 슈바르츠실트 망원경을 형성하여 제2 서브-빔의 초점을 맞출 수 있다. 기계적 셔터(760)는 제1 서브-빔(722) 및 제2 서브-빔(724)의 광학 경로에 배열되어 2개의 조명 채널을 온/오프로 교대로 제어할 수 있다. 기계적 셔터(760)는 임의의 적합한 집적 광학계를 사용하여 구현될 수 있다.

타겟(290)으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔을 포함하는 신호 빔(795)은 중앙 렌즈(730)에 의해 포커싱된 다음 반사기(735)에 의해 신호 검출기(790)로 반사될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 검출기(790)는 카메라일 수 있다. 전술한 바와 같이, 빔 성형 시스템(220)은 센서 장치(200)의 전체 동작 대역을 커버하는 측파장(side wavelength) 범위에 걸쳐 플랫 탑 빔 스폿을 제공하기 때문에, 회절 차수(예: + 및 -) 서브-빔의 강도 차이를 측정할 때 부정확하게 포함된 잠재적 변위를 피할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 시야 조리개(711), 콜리메이터 렌즈(713), 구경 조리개(715), 빔 스플리터(717), 제1 평면 거울(752, 754), 오목 거울(772, 774), 제2 평면 거울(782, 784) 및 기계적 셔터(760)는 빔 투영 시스템(240)을 구성할 수 있고, 중앙 렌즈(730), 반사기(735) 및 신호 검출기(790)는 신호 검출 시스템(250)을 구성할 수 있다. 편광 변조 시스템(230)은 빔 투영 시스템(240)의 구성요소들 사이에 배열되고 빔 투영 시스템(240) 신호 검출 시스템(250)은 구성요소를 공유하지 않는다는 점에 유의한다.

단일 센서 장치(200)의 다양한 구현이 위에서 설명되었지만, 다중(예를 들어, 10 x 20, 10 x 40, 10 x 50, 20 x 50 등) 센서 장치(200)는 동일한 공통 플랫폼에서 병렬로 구현되어 센서 어레이를 형성한다. 따라서 동일한 기판의 여러 얼라인먼트 마크를 센서 어레이로 조사할 수 있으며 동시에 또는 실시간으로 서로 다른 측정을 수행할 수 있다. 개시된 센서 어레이는 약 20mm x 100mm 이내의 컴팩트한 크기를 가질 수 있으며, 하드웨어 복잡성을 감소시키고 더 나은 정확도, 비용 효율성 및 확장성을 제공할 수 있다.

예시적인 흐름도

도 8은 일부 실시예에 따른 처리 오류(예를 들어, 오버레이 측정, OPAE 등)를 정정하기 위한 흐름도(800)를 도시한다. 본 명세서에 제공된 개시 내용을 수행하기 위해 도 8의 모든 단계가 필요하지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 일부 단계는 동시에 수행되거나 도 8에 도시된 것과 다른 순서로 수행될 수 있다. 흐름도(800)는 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 흐름도(800)는 이러한 예시적인 실시예로 제한되지 않는다.

단계(802)에서, 기판 상의 복수의 타겟의 특성은 복수의 센서로 측정될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 타겟(290)의 특성의 측정은 센서 장치(200)의 임의의 개시된 구현의 어레이에 의해 동시에 또는 실시간으로, 예를 들어 0.2초 이내에 수행될 수 있다.

단계(804)에서, 기판 상의 각 타겟(204)의 특성은 프로세서에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 센서 장치(200)가 복수의 타겟(290)의 특성을 검출한 후, 프로세서에서 데이터를 수신하여 처리할 수 있다.

단계(806)에서, 결정된 각 타겟의 특성에 기초하여 프로세싱 에러가 정정될 수 있다. 예를 들어, 정정된 프로세싱 에러는 도 1에 도시된 바와 같은 리소그래피 장치(LA), 센서 장치(200), 및/또는 기판(W)의 오버레이 에러일 수 있다.

일부 실시예에서, 타겟(290)의 특성은 오버레이 측정이다. 일부 실시예에서, 흐름도(800)는 도 2, 3a 내지 3c, 4a, 4b, 5 내지 7의 예에 도시된 바와 같이 센서 장치(200)의 하나 이상의 광학 구성요소를 조정하고, 후속하여 아웃-포커스 측정, 결정 및 보정 각각에 대해 단계(802, 804, 806)를 반복하는 단계를 더 포함한다.

일부 실시예에서, 프로세서는, 예를 들어, 센서 장치(200) 및/또는 프로세서에 보정을 공급하고 보정된 처리를 사용하여 기판(W)을 처리함으로써, 예를 들어 오버레이 오프셋에서 오류를 보정하기 위해 리소그래피 장치(LA) 및/또는 센서 장치(200)에 보정을 피드백할 수 있다. 기판(W)은 리소그래피 투영 장치에 의해 공지된 제조 공정을 사용하여 처리될 수 있으며 패턴(예: 오버레이 마커 또는 레티클의 제품 패턴)은 방사선 민감성 재료(레지스트) 층에 의해 적어도 부분적으로 덮인 기판(W) 상에 이미징될 수 있다. 이 이미징 이전에 기판(W)은 프라이밍, 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 다양한 절차를 거칠 수 있다. 기판(W)은 노광 전에 보정된 센서 장치(200)에서 정렬될 수 있다. 노광 후, 기판(W)은 노광 후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 이미징된 피처의 측정/검사와 같은 다른 절차를 거칠 수 있다. 따라서, 기판(W)은 제품 패턴과 함께 오버레이 마커로 노광될 수 있고 레지스트는 적층된 웨이퍼 상에 오버레이 마커를 인쇄하기 위해 현상될 수 있다.

일부 실시예에서, 프로세서는 노광된 기판(W) 상의 각각의 얼라인먼트 마크 또는 타겟(290)에 대한 센서 추정치와 관련하여 인쇄된 패턴 위치 오프셋 오차를 측정할 수 있다. 측정 정보는 제품 스택 프로파일, 오버레이 측정, 임계 치수, 및/또는 기판(W) 상의 각 얼라인먼트 마크 또는 타겟(290)의 초점을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 프로세서는 클러스터링 알고리즘을 사용하여 마크를 유사한 일정한 오프셋 에러 세트로 그룹화하고 정보를 기반으로 오버레이 에러 오프셋 정정 테이블을 생성할 수 있다. 클러스터링 알고리즘은 오버레이 측정, 위치 추정, 및/또는 오프셋 에러의 각 세트와 관련된 추가 광학 스택 프로세스 정보에 기초할 수 있다. 이 측정된 오버레이와 대응하는 타겟의 알려진 프로그래밍된 오버레이에서 오버레이 에러를 추론할 수 있다.

일부 실시예에서, 프로세서는 각각의 마크에 대한 보정을 결정하고, 예를 들어 보정을 센서 장치(200)에 공급함으로써 오버레이의 오류를 정정하기 위해 리소그래피 장치(LA) 및/또는 센서 장치(200)에 보정을 재공급할 수 있다. 따라서, 상기 프로세스는 센서 장치(200)를 보정하기 위한 자가 학습 피드백 루프를 생성한다.

실시예들은 다음 항들을 사용하여 추가로 설명될 수 있다:

1. 센서 장치로서,

조명 시스템으로부터 생성된 조명 빔을 성형하고 상기 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿(flat top beam spot)을 생성하도록 구성된 빔 성형 시스템;

기판 상의 타겟을 향해 상기 플랫 탑 빔 스폿을 투영하도록 구성된 빔 투영 시스템; 및

상기 타겟으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔(diffraction order sub-beams)을 포함하는 신호 빔을 수집하고 상기 수집된 신호 빔에 기반하여 상기 타겟의 특성을 측정하도록 구성된 신호 검출 시스템을 포함하는, 센서 장치.

2. 제 1 항에 있어서, 상기 타겟은 상기 기판 상의 얼라인먼트 마크(alignment mark)이고, 상기 타겟의 특성은 오버레이 측정값(overlay measurement)인, 센서 장치.

3. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 장치의 광축에 수직인 상기 센서 장치의 단면의 크기는 약 5mm x 5mm 이하인, 센서 장치.

4. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 빔의 상기 플랫 탑 빔 스폿은 400 nm 내지 2000 nm의 파장 범위에 걸쳐 있는, 센서 장치.

5. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 시스템은 상기 빔 성형 시스템에 결합된 광 결정 섬유(photonic crystal fiber)를 포함하는, 센서 장치.

6. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 성형 시스템은 콜리메이터 렌즈(collimator lens), 공간 광 변조기(spatial light modulator) 및 포커싱 렌즈를 포함하는, 센서 장치.

7. 제 5 항에 있어서, 상기 빔 성형 시스템은 상기 광 결정 섬유에 결합된 광자 요소, 콜리메이터 렌즈 및 포커싱 렌즈를 포함하는, 센서 장치.

8. 제 7 항에 있어서, 상기 광자 요소는 상기 광 결정 섬유와 동일한 밴드갭(bandgap)을 포함하는 사각 코어 광 결정 도파관(square core photonic crystal waveguide)인, 센서 장치.

9. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 성형 시스템은 콜리메이터 렌즈 및 비구면(aspheric) 빔 성형기를 포함하는, 센서 장치.

10. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 성형 시스템 다음으로 배치되고 상기 조명 빔의 선형 편광 상태(linear polarization state)의 조정성을 제공하도록 구성된 편광 변조 시스템(polarization modulation system)을 더 포함하는, 센서 장치.

11. 제 10 항에 있어서, 상기 편광 변조 시스템은 고정 선형 편광기(fixed linear polarizer), 1/4 파장판(wave plate) 및 회전 가능한 선형 편광기를 포함하는, 센서 장치.

12. 제 10 항에 있어서, 상기 편광 변조 시스템은 고정 선형 편광기 및 회전 가능한 반파장판(half waveplate)을 포함하는, 센서 장치.

13. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 검출 시스템은 중앙 렌즈, 반사체, 및 신호 검출기를 포함하는, 센서 장치.

14. 제 13 항에 있어서, 상기 중앙 렌즈는 상기 빔 투영 시스템 및 상기 신호 검출 시스템이 공유하는 공통 구성요소인, 센서 장치.

15. 제 14 항에 있어서, 상기 빔 투영 시스템은 시야 조리개(field stop), 회절 격자, 상기 중앙 렌즈 상의 2개의 반사 표면, 2개의 오목 거울, 및 기계적 셔터를 포함하는, 센서 장치.

16. 제 14 항에 있어서, 상기 빔 투영 시스템은 시야 조리개, 콜리메이터 렌즈, 구경 조리개(aperture stop), 빔 스플리터(beam splitter), 2개의 평면 거울, 상기 중앙 렌즈 상의 2개의 반사 표면, 2개의 오목 거울, 및 기계적 셔터를 포함하는, 센서 장치.

17. 제 13 항에 있어서, 상기 빔 투영 시스템은 시야 조리개, 콜리메이터 렌즈, 구경 조리개, 빔 스플리터, 평면 거울의 제1 쌍, 2개의 오목 거울, 평면 거울의 제2 쌍 및 기계식 셔터를 포함하는, 센서 장치.

18. 리소그래피 장치의 프로세싱 에러를 정정하기 위한 방법으로서, 복수의 센서에 의해 기판 상의 복수의 타겟의 특성을 측정하는 단계를 포함하며, 각각의 센서는:

조명 시스템으로부터 생성된 조명 빔을 성형하고 상기 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿(flat top beam spot)을 생성하도록 구성된 빔 성형 시스템;

상기 기판 상의 타겟을 향해 상기 플랫 탑 빔 스폿을 투영하도록 구성된 빔 투영 시스템; 및

상기 타겟으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔(diffraction order sub-beams)을 포함하는 신호 빔을 수집하고 상기 수집된 신호 빔에 기반하여 상기 타겟의 특성을 측정하도록 구성된 신호 검출 시스템을 포함하고,

상기 복수의 센서에 결합된 프로세서에 의해 상기 복수의 타겟의 특성을 결정하는 단계; 및

상기 복수의 타겟의 특성에 기반하여 상기 리소그래피 장치 또는 상기 기판의 프로세싱 에러를 정정하는 단계를 포함하는, 방법.

19. 제 18 항에 있어서, 상기 빔 성형 시스템의 비구면 렌즈, 푸리에 변환기(Fourier transformer), 또는 광자 요소를 사용하여 상기 조명 빔을 성형하는 단계를 더 포함하는, 방법.

20. 제 18 항에 있어서, 반사면을 포함하는 렌즈를 상기 빔 투영 시스템 및 상기 신호 검출 시스템 모두의 공통 구성요소로서 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.

IC의 제조에서 리소그래피 장치의 사용에 대해 본 명세서에서 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본원에 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템의 제조, 자구 메모리, 평면 패널 디스플레이, LCD, 박막 자기 헤드 등에 대한 가이드 및 감지 패턴 등과 같은 다른 적용예를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 당업자는 이러한 대안적인 적용예들의 맥락에서 본원의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 사용이 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 보다 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에 언급된 기판은 노광 전 또는 후에, 예를 들어 트랙 유닛(일반적으로 기판에 레지스트 층을 적용하고 노광된 레지스트를 현상하는 도구), 메트롤로지 유닛 및/또는 검사 유닛에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 경우, 본 명세서의 개시 내용은 그러한 도구 및 기타 기판 처리 도구에 적용될 수 있다. 또한, 기판은 예를 들어 멀티-레이어 IC를 생성하기 위해 한 번 이상 처리될 수 있으므로, 본원에서 사용되는 기판이라는 용어는 이미 다중 처리된 레이어를 포함하는 기판을 나타낼 수도 있다.

광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예의 사용에 대해 위에서 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 발명은 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피와 같은 다른 적용예에서 사용될 수 있고 맥락이 허용하는 경우 광학 리소그래피에 국한되지 않는다는 점이 이해될 것이다. 임프린트 리소그래피에서 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급되는 레지스트 층으로 가압될 수 있으며, 그 위에서 레지스트는 전자기 복사, 열, 압력 또는 이들의 조합을 적용함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후 패턴을 남기고 레지스트 밖으로 이동된다.

본 명세서의 어법 또는 용어는 설명의 목적을 위한 것이지 제한이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 따라서 본 발명의 용어 또는 어법은 본원에 교시된 관련 기술 분야(들)에 비추어 해석되어야 한다.

본 명세서에 사용된 용어 "기판"은 재료 층이 추가되는 재료를 설명한다. 일부 실시예에서, 기판 자체가 패터닝될 수 있고 그 위에 추가된 재료가 또한 패터닝될 수 있거나 패터닝되지 않고 남아 있을 수 있다.

본 발명의 실시예는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 하나 이상의 프로세서에 의해 판독 및 실행될 수 있는 기계 판독 가능 매체에 저장된 명령어로서 구현될 수 있다. 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장하거나 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독 가능 매체는 ROM(Read Only Memory); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기 디스크 저장 매체; 광 저장 매체; 플래시 메모리 장치; 전기, 광학, 음향 또는 기타 형태의 전파 신호 등을 포함할 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴 및/또는 명령어는 특정 동작을 수행하는 것으로 본 명세서에서 설명될 수 있다. 그러나, 그러한 설명은 단지 편의를 위한 것이며 그러한 동작은 실제로 컴퓨팅 장치, 프로세서, 컨트롤러 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴 및/또는 명령어를 실행하는 다른 장치로부터 발생한다는 것을 이해해야 한다.

실시예들은 본 발명의 실시예를 예시하지만 이에 제한되지 않는다. 당업자들에게 명백할, 현장에서 일반적으로 마주치는 다양한 조건 및 매개변수의 다른 적절한 수정 및 적용은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.

IC의 제조에서 본 발명에 따른 장치 및/또는 시스템의 사용에 대해 본 명세서에서 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 그러한 장치 및/또는 시스템은 많은 다른 가능한 적용예를 갖는다는 것을 명백히 이해해야 한다. 예를 들어, 집적 광학 시스템, 자구 메모리, LCD 패널, 박막 자기 헤드 등에 대한 가이드 및 감지 패턴의 제조에 사용할 수 있다. 당업자는 이러한 대안적인 응용예의 맥락에서, 본원의 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 사용은 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부"라는 보다 일반적인 용어로 대체되는 것으로 간주해야 한다.

본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과는 다르게 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

초록(Abstract) 및 요약(Summary) 부분들이 아닌 상세한 설명(Detailed Description) 부분이 청구항을 해석하는 데 사용되도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다. 요약 및 초록 부분들은 발명자(들)에 의해 고려된 바와 같은 본 발명의 모든 예시적인 실시예들이 아닌 1 이상을 설명할 수 있으며, 이에 따라 어떠한 방식으로도 본 발명 및 첨부된 청구항을 제한하도록 의도되지 않는다.

이상, 본 발명은 특정 기능들 및 그 관계들의 구현을 예시하는 기능적 빌딩 블록들의 도움으로 설명되었다. 이러한 기능적 빌딩 블록들의 경계들은 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 임의로 정의되었다. 특정 기능들 및 그 관계들이 적절하게 수행되는 한, 대안적인 경계들이 정의될 수 있다.

특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 교시 및 안내에 기초하여, 개시된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다.

본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (20)

1. 센서 장치로서,
   조명 시스템으로부터 생성된 조명 빔을 성형하고 상기 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿(flat top beam spot)을 생성하도록 구성된 빔 성형 시스템;
   기판 상의 타겟을 향해 상기 플랫 탑 빔 스폿을 투영하도록 구성된 빔 투영 시스템; 및
   상기 타겟으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔(diffraction order sub-beams)을 포함하는 신호 빔을 수집하고 상기 수집된 신호 빔에 기반하여 상기 타겟의 특성을 측정하도록 구성된 신호 검출 시스템을 포함하는,
   센서 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 타겟은 상기 기판 상의 얼라인먼트 마크(alignment mark)이고, 상기 타겟의 특성은 오버레이 측정값(overlay measurement)인,
   센서 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 장치의 광축에 수직인 상기 센서 장치의 단면의 크기는 약 5mm x 5mm 이하인,
   센서 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 조명 빔의 상기 플랫 탑 빔 스폿은 400 nm 내지 2000 nm의 파장 범위에 걸쳐 있는,
   센서 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 조명 시스템은 상기 빔 성형 시스템에 결합된 광 결정 섬유(photonic crystal fiber)를 포함하는,
   센서 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 빔 성형 시스템은 콜리메이터 렌즈(collimator lens), 공간 광 변조기(spatial light modulator) 및 포커싱 렌즈를 포함하는,
   센서 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 빔 성형 시스템은 상기 광 결정 섬유에 결합된 광자 요소, 콜리메이터 렌즈 및 포커싱 렌즈를 포함하는,
   센서 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 광자 요소는 상기 광 결정 섬유와 동일한 밴드갭(bandgap)을 포함하는 사각 코어 광 결정 도파관(square core photonic crystal waveguide)인,
   센서 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 빔 성형 시스템은 콜리메이터 렌즈 및 비구면(aspheric) 빔 성형기를 포함하는,
   센서 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 성형 시스템 다음으로 배치되고 상기 조명 빔의 선형 편광 상태(linear polarization state)의 조정성을 제공하도록 구성된 편광 변조 시스템(polarization modulation system)을 더 포함하는,
    센서 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 편광 변조 시스템은 고정 선형 편광기(fixed linear polarizer), 1/4 파장판(wave plate) 및 회전 가능한 선형 편광기를 포함하는,
    센서 장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 편광 변조 시스템은 고정 선형 편광기 및 회전 가능한 반파장판(half waveplate)을 포함하는,
    센서 장치.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 검출 시스템은 중앙 렌즈, 반사체, 및 신호 검출기를 포함하는,
    센서 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중앙 렌즈는 상기 빔 투영 시스템 및 상기 신호 검출 시스템이 공유하는 공통 구성요소인,
    센서 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 빔 투영 시스템은 시야 조리개(field stop), 회절 격자, 상기 중앙 렌즈 상의 2개의 반사 표면, 2개의 오목 거울, 및 기계적 셔터를 포함하는,
    센서 장치.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 빔 투영 시스템은 시야 조리개, 콜리메이터 렌즈, 구경 조리개(aperture stop), 빔 스플리터(beam splitter), 2개의 평면 거울, 상기 중앙 렌즈 상의 2개의 반사 표면, 2개의 오목 거울, 및 기계적 셔터를 포함하는,
    센서 장치.
17. 제 13 항에 있어서,
    상기 빔 투영 시스템은 시야 조리개, 콜리메이터 렌즈, 구경 조리개, 빔 스플리터, 평면 거울의 제1 쌍, 2개의 오목 거울, 평면 거울의 제2 쌍, 및 기계식 셔터를 포함하는,
    센서 장치.
18. 리소그래피 장치의 프로세싱 에러를 정정하기 위한 방법으로서,
    복수의 센서에 의해 기판 상의 복수의 타겟의 특성을 측정하는 단계를 포함하며, 각각의 센서는:
    조명 시스템으로부터 생성된 조명 빔을 성형하고 상기 조명 빔의 플랫 탑 빔 스폿을 생성하도록 구성된 빔 성형 시스템;
    상기 기판 상의 타겟을 향해 상기 플랫 탑 빔 스폿을 투영하도록 구성된 빔 투영 시스템; 및
    상기 타겟으로부터 생성된 회절 차수 서브-빔을 포함하는 신호 빔을 수집하고 상기 수집된 신호 빔에 기반하여 상기 타겟의 특성을 측정하도록 구성된 신호 검출 시스템을 포함하고,
    상기 복수의 센서에 결합된 프로세서에 의해 상기 복수의 타겟의 특성을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 타겟의 특성에 기반하여 상기 리소그래피 장치 또는 상기 기판의 프로세싱 에러를 정정하는 단계를 포함하는,
    방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 빔 성형 시스템 내 비구면 렌즈, 푸리에 변환기(Fourier transformer), 또는 광자 요소를 사용하여 상기 조명 빔을 성형하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
20. 제 18 항에 있어서,
    반사면을 포함하는 렌즈를 상기 빔 투영 시스템 및 상기 신호 검출 시스템 모두의 공통 구성요소로서 사용하는 단계를 더 포함하는,
    방법.

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