KR20220141930A - 이미징 기반 오버레이 계측을 위한 포커스 최적화를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
포커스 센서를 향해 그리고 이미징 센서를 향해 오버랩된 측정 및 기준 파면을 개별적으로 디렉팅하는 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템을 갖는 간섭계 디바이스에 의한 포커싱 및 측정을 위한 방법 및 시스템으로서, 오버랩된 파면의 미리 규정된 포커싱 조명 스펙트럼은 포커스 센서를 향해 디렉팅되고, 오버랩된 파면의 미리 규정된 측정 조명 스펙트럼은 이미징 센서를 향해 디렉팅된다. 샘플의 스테이지 이동 동안 OCT 포커싱 시스템을 갖는 간섭계 디바이스의 포커스를 유지하기 위한 방법 및 시스템.
Description
본 출원은 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된 미국 가출원 No.62/394,838(2016년 9월 15일 목요일 출원)에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 계측의 분야에 관한 것이고 특히, 이미징 기반 오버레이 계측을 위한 포커스 및 측정을 최적화하는 것에 관한 것이다.
광 간섭성 단층촬영(optical coherence tomography; OCT)은 광학 신호 취득 및 프로세싱 방법이다. 이것은 광학 산란 매질 내에서 마이크로미터 해상도의 3차원 이미지를 캡쳐한다. OCT는 일반적으로 근적외선을 사용하여 간섭 기법(interferometric technique)을 중계한다(relay on). 이러한 비교적 긴 파장의 광의 사용은 광이 산란 매질 내로 침투하게 한다. 광원(예를 들어, 수퍼-루미네슨트 다이오드 및 초단 펄스 레이저가 사용됨)의 특성에 따라, OCT는 (약 100 [nm] 파장 범위에 걸쳐 방출하는 매우 넓은-스펙트럼 소스를 갖는) 서브-마이크로미터 분해능을 달성하였다.
OCT는 광 간섭성 단층촬영 기술의 한 종류이다. OCT의 비교적 최근 구현예는, 신호 대 잡음비에서의 이점을 제공하고, 더 빠른 신호 취득을 가능하게 하는 주파수 도메인 광 간섭성 단층촬영이다. OCT는 흔히 생물학 및 의학에서 광학적 방법으로 사용된다. 상업적으로 이용 가능한 OCT 시스템은 예술 보존 및 진단 의학, 특히 망막 내에서 상세한 이미지를 얻는데 사용될 수 있는 안과 분야의 다양한 응용 분야에 사용된다.
일반적으로 검사 작업 및 특히 광학 계측에서 검사 타겟으로부터의 센싱 헤드 거리의 정확한 결정이 점차 중요해지고 있다. 이는 시스템-타겟 거리와 전체 측정 정확도 사이의 빈번한 연결 때문이다. OCT는 기본적으로 Linnik 간섭계와 같은 방식으로 작동하므로, OCT는 Linnik 간섭계와 같은 포커스 센서로서 사용하는 것으로 간주될 수 있다. (당업계에 공지된 바와 같은) Linnik 간섭계는 통상적으로 현미경, 표면 윤곽 측정, 지형 및 광학 오버레이 계측에 사용되는 2-빔 간섭계이다.
오버레이 스캐터로메트리(overlay scatterometry)[동공 스캐터로메트리(pupil scatterometry) 또는 필드 스캐터로메트리(field scatterometry)일 수 있음]에서, 오버레이 마크는 일반적으로 격자-오버-격자 구조(grating-over-grating structure)이고, 오버레이 정보는 하부 및 상부 격자의 상대 위상에서 전달된다. 사이드 바이 사이드 타입(side-by-side type)의 오버레이 스캐터로메트리에서, 오버레이 마크(즉, 계측 타겟)는 격자 구조 다음의 격자를 포함할 수 있고, 오버레이 정보는 또한, 하부 및 상부 격자의 상대 위상에서 전달될 수 있다.
오버레이 이미징에서, 오버레이 마크(즉, 계측 타겟)는 개별 층에 대해 별도의 마크로 구성될 수 있고, 오버레이 정보는 차례로 개별 마크의 상이한 회절 차수 간의 간섭의 결과인 검출기 상의 각각의 개별 마크의 위치에서 전달된다.
이제 도 1, 도 2a, 도 2b를 참조하면, 당업계에 알려진 바와 같이, Linnik 간섭계를 사용하는 종래의 계측 툴(1000)에 대한 실시예가 개략적으로 표시되어(demonstrate) 있으며, 이는 샘플(1060)의 표면에서의 타겟 구조(예를 들어, 웨이퍼의 표면에서의 오버레이 타겟)에 대한 이미징 오버레이 측정을 수행하는데 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 계측 툴(1000)은, 방사선의 프로브 빔(1310)을 생성하기 위해 잠재적으로 각도 및/또는 공간 동적 제어로 조명 광학계(1025)에 광학적으로 연결된 광원(1010)을 포함할 수 있다. 프로브 빔(1310)은 50/50 빔 스플리터(1040)(예를 들어, Linnik 빔 스플리터)에 의해 샘플(1060)을 향하여 회전될 수 있다. 프로브 빔(1310)은 측정 광학계(1050)(측정 오브젝티브 렌즈라고도 함)로 샘플(1060)의 표면 상에 포커싱될 수 있다.
타겟으로부터 산란된 프로브 빔 방사선은 측정 오브젝티브 렌즈(1050)에 의해 수집 및 시준되고, 샘플 빔의 적어도 일부(fraction)는 빔 스플리터(1040)를 통해 툴의 광학 칼럼을 통과한다. 샘플 빔의 일부는 튜브 렌즈/렌즈들(1105)을 통과하고 CCD(Charge-Coupled Device)와 같은 이미지 검출기(1120) 상에 포커싱될 수 있다.
표시된 계측 툴(1000)은, 모두 Linnik 타입 간섭계 구성으로 배열된, 제2 빔 스플리터(1100)(포커스 빔 스플리터라고도 함), 선택적으로 포커스 검출 렌즈(1115), 포커스 검출기(focus detector; FD)(1110)(포커스 센서라고도 함), 기준 광학계(1080)(기준 오브젝티브 렌즈라고도 함), 및 리플렉터(1090)(예를 들어, 기준 미러 표면)를 구비한 OCT 포커싱 시스템을 더 포함한다. Linnik 타입 간섭계에서, 기준 오브젝트(1080) 및 측정 오브젝트(1050)는, 샘플의 광학 경로 길이와 기준 암(reference arm)이 매칭되도록, 유사한 광학 성능 및 상보적 광학 특성을 갖는다.
도 1 및 도 2a는 또한, 리플렉터(1090) 상에 기준 빔을 포커싱하는 기준 오브젝트(1080)와 빔 스플리터(1040) 사이의 광학 경로를 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 기계적 셔터(1070)를 표시한다. 기준 빔은 다시 빔 스플리터(1040)를 향하여 기준 오브젝트(1080)를 통과한다.
프로브 빔 파워의 다른 일부는 샘플(1060)로부터 반사되고 빔 스플리터(1040)를 향해 디렉팅된 후에 기준 빔과 함께 이동한다. 2개의 빔은, 2개의 빔이 간섭하는 포커스 검출기(1110) 상의 위치에 2개의 빔을 디렉팅하는 포커스 빔 스플리터(1100)로 디렉팅된다. 간섭 프린지(interference fringe)는 샘플 빔과 기준 빔 사이의 간섭의 결과로서 포커스 검출기(1110)에서 검출된다. 프로브 빔이 포커스 내에 있는지 여부를 검출하기 위해 간섭 프린지가 분석될 수 있다.
도 2a에 표시된 바와 같은 계측 툴은 도 1에 표시된 디바이스와 유사한 디바이스(2000)를 표시한다. 계측 툴(2000)은 샘플(1060)을 유지하도록 구성된 스테이지(미도시)를 더 포함할 수 있고, 병진 메커니즘은 스테이지에 기계적으로 연결될 수 있으며, 병진 메커니즘은 측정 오브젝티브 렌즈의 광축에 평행한 방향(2061)으로 스테이지를 이동시키도록 구성된다. 도 2b는, 샘플(1060)에서 프로브 빔이 포커스 내에 있는지 여부를 검출하기 위해 분석될 수 있는 FD(1110)의 선택적 출력 신호(2200)를 개략적으로 표시한다.
예를 들어, 샘플 및 기준 경로로부터의 광은 간섭을 일으키고, 두 경로의 길이가 조명의 가간섭성 길이보다 작은 경우, 최적의 샘플 위치는 간섭 콘트라스트가 최대인 위치 또는 콘트라스트가 최대인 위치로부터 약간 오프셋된 위치로서 규정될 수 있다.
OCT 시스템의 일반적인 프랙티스(practice)는 일반적으로 이동, 포커스, 및 측정으로 나타낼 수 있다. 일반적으로, 최대 간섭 콘트라스트가 이미징 센서(1120) 상의 타겟 이미지의 최대 콘트라스트와 일치하도록 기준 미러(1090)는 일회성 캘리브레이션에 위치되고; 하기 단계들은 다음과 같다:
이동 : 초기 단계에서, 샘플의 스테이지(미도시)가 이동되어 샘플 표면의 타겟 구조가 이미징 센서의 시야로 이동한다.
포커스 : 다음 단계에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 포커스 센서(1110)에서 형성되는 프린지를 변조하기 위해, 측정 오브젝티브(1050)와 샘플(1060) 사이의 간격(즉, 거리)이 스캐닝된다. FD의 출력 신호(2200)의 분석은, 최대 프린지 콘트라스트를 산출하는 측정 오브젝티브 렌즈(1050)와 샘플(1060) 간의 간격의 식별을 가능하게 한다. 따라서, 메인 오브젝티브(1050)와 샘플(1060) 간의 간격은 최대 프린지 콘트라스트를 제공하도록 설정된다.
측정 : 이 단계에서, 샘플이 이미징 센서(1120)에 의해 이미징되고, 타겟의 오버레이 측정을 위해 기준 경로의 셔터(1070)는 취득 중에 폐쇄된다.
다음 단계에서는, 이미징될 샘플 표면의 다음 타겟 구조 상에 측정 조명을 설정하기 위해 스테이지가 이동된다.
그러나, 전술하고 도 1 및 도 2a에 예시된 바와 같이, 구현된 OCT 포커스 시스템은 몇가지 단점을 갖는다. 지금까지 샘플 표면의 각 타겟으로 스테이지를 이동하는 동안 포커스를 유지하려는 시도가 이루어지지 않았다. 각 스테이지 이동 후에, 측정 오브젝티브 렌즈(1050)와 샘플(1060) 간의 거리는 최대 프린지 콘트라스트를 위한 위치를 식별하도록 스캐닝되어야 하고, 오브젝티브 간격에 대한 샘플은 모든 스테이지 이동 후에 이러한 최적 위치로 설정되어야 한다. 이러한 포커싱은, 각 스테이지 이동 후에, 각 타겟 측정을 위해 요구되는 시간을 증가시킨다.
또한, 조명 스펙트럼은 각 타겟에 대해 한 번 규정되며, 포커싱 작업과 측정 작업 모두에 대해 동일하지만 포커싱 작업에 대한 최적의 스펙트럼은 오버레이 샘플 측정에 대한 최적의 스펙트럼과 상이할 수 있다.
포커싱 신호 및 샘플 이미지는 파장에 따라 변한다. 예를 들어, 샘플(예를 들어, 오버레이 웨이퍼) 상의 상이한 물질의 반사율은 파장에 따라 변하고; 샘플 상의 상이한 층으로의 광의 침투는 파장에 따라 변하고; 샘플 상의 피쳐(feature)로부터의 광의 산란 및 회절은 파장에 따라 변한다. 포커스 신호 및 샘플 이미지는 샘플 프로세싱 변동(sample processing variations)(예를 들어, 필름 두께, 레지스트 노출, 에칭의 깊이 등)에 따라 변할 수 있다. 프로세스 및 타겟 사이트 변동에 가장 큰 둔감(insensitivity)을 제공하는 포커싱에 사용되는 파장은 가장 강력한 오버레이 측정을 제공하는 파장과 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 포커싱 및 측정 작업 모두에 공통 조명 스펙트럼이 사용될 때, 손상된 스펙트럼 선택으로 인해 일부 성능이 손실된다.
또한, 포커싱 시스템은 계측을 위해 사용되는 것과 동일한 조명을 사용하기 때문에, 포커싱을 위해 이용 가능한 스펙트럼은 계측에 사용되는 대역폭으로 한정되고 포커싱을 위한 최대 가능 스펙트럼 대역폭의 사용이 가능하지 않다. 이것은, 짧은 가간섭성 길이가 OCT 기반 포커싱 시스템에 바람직하고, 간섭 길이가 사용되는 조명의 대역폭과 반비례 관계가 있기 때문에 불리하다.
본 발명의 실시형태가 이 콘텍스트(context) 내에서 발생한다(arise).
일부 실시형태는 계측 및 검사 시스템을 제공하고, 계측 및 검사 시스템은:
- 제1 오브젝티브에 광학적으로 연결된 제1 빔 스플리터를 갖는 광학 칼럼을 갖는 광학 계측 툴; 및
- 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템을 포함하고, 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템은:
제1 빔 스플리터와 함께 간섭계 구성으로 배열된 기준면과 제 2 오브젝티브; 및
제1 빔 스플리터의 출력 파면(wavefront)에 광학적으로 연결된 제2 빔 스플리터를 포함하고,
■ 기준면은 미리 결정된 포커싱 스펙트럼 내에서 조명을 반사시키도록 구성된 다이크로익 리플렉터(dichroic reflector)이고; 그리고/또는
■ 제2 빔 스플리터는, 미리 결정된 포커싱 스펙트럼 내의 조명을 포커스 센서로 디렉팅하고 미리 결정된 측정 스펙트럼 내의 조명을 이미징 센서로 디렉팅하도록 구성된 다이크로익 빔 스플리터이다.
일부 실시형태에에서, 계측 및 검사 시스템은 제1 빔 스플리터에 광학적으로 연결된 조명 광학계를 더 포함한다.
일부 실시형태에에서, 계측 및 검사 시스템은 조명 광학계에 광학적으로 연결된 조명 입력부를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 조명 입력부는 포커싱 및 측정 조명 스펙트럼 모두를 전달하도록 구성된 광섬유 커플러를 포함한다.
일부 실시형태에서, 조명 광학계는 적어도 하나의 광학 렌즈, 조명 동공 개구, 및 조명 필드 스탑을 포함한다.
일부 실시형태에서, 계측 및 검사 시스템은 제1 빔 스플리터와 제2 오브젝티브 사이의 광 경로를 선택적으로 개방 및 폐쇄하도록 구성된 기계적 셔터를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 계측 및 검사 시스템은 포커스 검출기 및 적어도 하나의 튜브 렌즈 중 적어도 하나를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 미리 결정된 포커싱 스펙트럼은 약 380-430 [nm]이고, 미리 결정된 측정 스펙트럼은 약 430-1200 [nm]이다.
본 발명의 일부 실시형태는 계측 및 검사 시스템을 제공하고, 계측 및 검사 시스템은:
제1 오브젝티브에 광학적으로 연결된 제1 빔 스플리터를 갖는 광학 칼럼을 갖는 광학 계측 툴; 및
광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템을 포함하고, 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템은:
■ 제1 빔 스플리터와 함께 간섭계 구성으로 배열된 기준면과 제 2 오브젝티브; 및
■ 제1 빔 스플리터의 출력 파면에 광학적으로 연결된 제2 빔 스플리터를 포함하고,
● 기준면은 포커싱 스펙트럼 내의 조명을 반사시키도록 구성된 다이크로익 리플레터이고; 그리고/또는
● 포커싱 시스템은:
■ 제2 빔 스플리터와 포커스 센서 사이에 광학적으로 연결되고 포커싱 스펙트럼 내의 조명을 포커스 센서로 디렉팅하도록 구성된 포커스 스펙트럼 필터 휠; 및
■ 제2 빔 스플리터와 이미징 센서 사이에 광학적으로 연결되고 측정 스펙트럼 내의 조명을 이미징 센서로 디렉팅하도록 구성된 이미징 스펙트럼 필터 휠을 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 미리 결정된 포커싱 스펙트럼은 약 380-430 [nm]이고, 미리 결정된 측정 스펙트럼은 약 430-1200 [nm]이다.
본 발명의 일부 실시형태는 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스를 사용하여 포커싱 및 측정을 하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은, 포커스 센서를 향하여 그리고 이미징 센서를 향하여 오버랩된 측정 및 기준 파면을 개별적으로 디렉팅하는 단계를 포함하고;
- 오버랩된 파면의 미리 규정된 포커싱 조명 스펙트럼은 포커스 센서를 향해 디렉팅되고,
- 오버랩된 파면의 미리 규정된 측정 조명 스펙트럼은 이미징 센서를 행해 디렉팅된다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 OCT 포커싱 시스템의 기준면으로부터 미리 규정된 포커싱 조명 스펙트럼만을 반사시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시형태는 광학 계측 툴 및 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스의 포커스를 유지하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은:
- OCT 포커싱 시스템의 포커스 검출기를 통해 기준 빔 및 측정 빔의 간섭 빔을 모니터링하는 단계;
- 모니터링된 간섭 빔에서 최대 프린지 콘트라스트(fringe contrast)가 관찰되도록 OCT 포커싱 시스템의 기준면을 병진 이동시키는 단계; 및
- 측정 전에, 모니터링된 간섭 빔이 관찰된 최대 프린지 콘트라스트를 산출하도록, 광학 계측 툴의 측정 오브젝티브 렌즈와 샘플 사이의 간격을 조정함으로써 광학 계측 툴의 공칭 위치(nominal position)로 다시 기준면을 병진 이동시키고 광학 계측 툴을 포커싱하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 OCT 포커싱 시스템의 기준면과 기준 오브젝티브 렌즈 사이의 간격을 스캐닝 및 측정하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에서, 샘플과 측정 오브젝티브 렌즈 사이의 간격 조정은 기준면의 공칭 위치로의 병진 이동에 비례한다.
일부 실시형태에서, 모니터링, 스캐닝, 측정, 병진 이동, 및 포커싱의 단계는 연속적이다.
본 발명으로 간주되는 주제는 특히 명세서의 결론 부분에서 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 그 목적, 특징 및 이점과 함께 구성 및 작동 방법 모두가 첨부된 도면과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은, Linnik 포커스 검출에 의한 종래의 이미지 기반 오버레이 측정 툴을 개략적으로 도시한다.
도 2a는, 도 1과 유사한 다른 종래의 이미지 기반 오버레이 측정 툴을 개략적으로 도시한다.
도 2b는, 도 2a에 도시된 포커스 검출기(FD)의 종래의 출력 신호를 개략적으로 도시한다.
도 3은, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 간섭계 디바이스를 가진 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4a는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 간섭계 디바이스를 가진 다른 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4b는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 도 4a에 도시된, 포커스 검출기(FD)의 출력 신호를 개략적으로 도시한다.
도 5는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 간섭계 디바이스를 가진 다른 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6은, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 간섭계 디바이스를 가진 다른 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 7은, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 검사 장치를 위한 예시적 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 8a는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 검사 장치를 위한 다른 예시적 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 8b는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 도 8a에 도시된, 포커스 검출기(FD)의 출력 신호를 개략적으로 도시한다.
도 9는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 최적 포커싱 및 측정을 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 10은, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 포커스를 유지하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
예시의 단순성 및 명료성을 위해, 도면들에 도시된 엘리먼트들은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 일부 엘리먼트의 치수는 명확성을 위해 다른 엘리먼트에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절한 것으로 고려되는 경우, 도면 부호는 대응하거나 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해 도면들 사이에서 반복될 수 있다.
도 1은, Linnik 포커스 검출에 의한 종래의 이미지 기반 오버레이 측정 툴을 개략적으로 도시한다.
도 2a는, 도 1과 유사한 다른 종래의 이미지 기반 오버레이 측정 툴을 개략적으로 도시한다.
도 2b는, 도 2a에 도시된 포커스 검출기(FD)의 종래의 출력 신호를 개략적으로 도시한다.
도 3은, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 간섭계 디바이스를 가진 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4a는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 간섭계 디바이스를 가진 다른 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4b는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 도 4a에 도시된, 포커스 검출기(FD)의 출력 신호를 개략적으로 도시한다.
도 5는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 간섭계 디바이스를 가진 다른 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6은, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 간섭계 디바이스를 가진 다른 검사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 7은, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 검사 장치를 위한 예시적 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 8a는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 검사 장치를 위한 다른 예시적 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 8b는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 도 8a에 도시된, 포커스 검출기(FD)의 출력 신호를 개략적으로 도시한다.
도 9는, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 최적 포커싱 및 측정을 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 10은, 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 포커스를 유지하기 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
예시의 단순성 및 명료성을 위해, 도면들에 도시된 엘리먼트들은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 일부 엘리먼트의 치수는 명확성을 위해 다른 엘리먼트에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절한 것으로 고려되는 경우, 도면 부호는 대응하거나 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해 도면들 사이에서 반복될 수 있다.
하기 상세한 설명에서, 다수의 특정 세부사항은 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 진술된다. 그러나, 통상의 기술자는 본 발명이 이러한 특정 세부 사항들 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 경우에는, 본 발명의 불필요한 모호한 양상을 회피하기 위해 잘 알려진 방법, 절차, 및 콤포넌트를 상세히 설명하지 않는다.
본 발명은 계측 분야에 관련되고, 특히 이미징 기반 오버레이 계측을 위한, 예를 들어 마이크로일렉트로닉 디바이스를 위한 기판으로서 기능할 수 있는 오버레이 웨이퍼의 표면에서의 타겟 구조를 위한 포커스 최적화 및 측정에 관한 것이다.
본 발명의 실시형태는, 샘플의 스테이지 이동 중에 포커스를 유지함으로써 그리고/또는 포커싱 및 측정 작업을 위해 상이한 조명 스펙트럼을 제공함으로써, 포커스 성능을 향상시킬 수 있는 구성으로 OCT 포커스 시스템을 통합하는 검사 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일부 실시형태는 측정 및 포커싱 작업 각각을 위한 최적 조명 스펙트럼을 제공하도록 구성된 포커싱 툴을 제공한다. 상이한 파장이 웨이퍼 디바이스 구조에서 상이한 깊이로 침투함에 따라, 포커스 신호가 유도되는 디바이스 내의 깊이를 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 포커싱을 위한 최적 스펙트럼은 웨이퍼의 오버레이 측정을 위한 최적 스펙트럼과 상이할 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 본 발명은 도 3 및 도 4a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 간섭 패턴을 형성하기 위해 측정 표면(3060)으로부터 반사시키고 이어서 기준 파면과 오버랩되게 하도록 측정 파면을 디렉팅하도록 구성된 간섭계 디바이스(3000, 4000)를 갖는 검사 장치를 제공하고, 측정 및 기준 파면은 공통 소스로부터 유도된다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스(3000)는, 측정 및 기준 파면을 상이한 방향으로 디렉팅하고 이어서 이들을 재결합하여 제2 빔 스플리터(3100)로 디렉팅하는 제1 빔 스플리터(3040); 재조합된 측정 및 기준 파면(간섭 파면 또는 간섭 빔으로도 언급됨)을 이미징 센서(3120) 및 포커스 센서(3110)를 향해 디렉팅하도록 배치되는 제2 빔 스플리터(3100); 및 도시된 바와 같이, Linnik 타입 간섭계 구성으로 모두 배열되는, 제1 빔 스플리터(3040)를 향해 기준 파면을 다시 반사시키도록 배치되고 구성되는 기준 표면(기준 리플렉터로도 언급됨)(3090)을 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계(3000)는 제1 빔 스플리터(3040)와 샘플(3060) 사이에 광학적으로 연결된 측정 오브젝티브 렌즈(3050)를 더 포함한다. 측정 오브젝티브(3050)는, 이미징 센서(3120)로 타겟을 이미징하기 위해, 샘플의 표면 상의 타겟에 측정 조명 빔을 포커싱하고 집광하도록 구성된다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계(3000)는 제1 빔 스플리터(3040)와 샘플(3090) 사이에 광학적으로 연결된 기준 오브젝티브 렌즈(3080)를 더 포함한다. 기준 오브젝티브(3080)는 기준면(3090) 상에 기준 조명 빔을 포커싱 및 집광하도록 구성된다. 일부 실시형태에 따르면, 기준 오브젝티브 렌즈는 측정 오브젝티브 렌즈와 동일하다.
도 4a의 검사 장치는 도 3에 도시된 디바이스와 유사한 일부 피쳐들을 갖는 간섭계 디바이스(4000)를 나타낸다. 본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스(4000)는:
- 제1 오브젝티브(3050)에 광학적으로 연결된 제1 빔 스플리터(3040)를 갖는 광학 칼럼을 갖는 광학 계측 툴; 및
- 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템을 포함하고, 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템은:
■ 제1 빔 스플리터를 가진 간섭계 구성으로 배열된 제2 오브젝티브(3080) 및 기준면(3090)(기준 오브젝티브 렌즈는 측정 및 기준 암의 광학 경로 길이가 매칭되도록 측정 오브젝티브 렌즈에 대하여 상보적 광학 특성을 갖는다.);
■ 제1 빔 스플리터(3040)의 출력 파면에 광학적으로 연결된 제2 빔 스플리터(3100)를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 제1 빔 스플리터(3040)는 50/50 빔 스플리터(예를 들어, Linnik 빔 스플리터)이다.
일부 실시형태에 따르면, 제2 빔 스플리터(3100)는, 미리 규정된 포커싱 스펙트럼 내의 광/조명을 포커스 센서(3110)로 (선택적으로 포커스 검출기 렌즈(3115)를 통해) 디렉팅하도록 그리고 미리 규정된 측정 스펙트럼 내의 광/조명을 이미징 센서93120)로 (선택적으로 릴레이 렌즈(들)(3105)를 통해) 디렉팅하도록 구성된 다이크로익 빔 스플리터이다.
일부 실시형태에 따르면, 기준면(3090)은 미리 규정된 포커싱 스펙트럼 내의 광/조명을 반사시키고 미리 규정된 측정 스펙트럼 내의 광/조명을 감쇠시키도록 구성된 다이크로 익 기준 리플렉터이다.
일부 바람직한 실시형태에 따르면, 제2 빔 스플리터(3100)는 미리 규정된 포커싱 스펙트럼 내의 광/조명을 디렉팅하도록 구성된 다이크로익 빔 스플리터이고; 기준면(3090)은 미리 규정된 포커싱 스펙트럼 내의 광/조명을 반사시키고 미리 규정된 측정 스펙트럼 내의 광/조명을 감쇠시키도록 구성된 다이크로익 기준 리플렉터이다.
바람직한 포커싱 스펙트럼에 대한 비제한적 예는 380-410 [nm] 또는 380-430 [nm]의 범위 내의 파장이다. 바람직한 측정 스펙트럼에 대한 비제한적 예는 430-1,200 [nm]의 범위 내의 파장이다.
일부 실시형태에 따르면, 이미징 센서(3120)는 필드 플레인 어레이 센서(field plane array sensor)를 포함한다. 일부 실시형태에 따르면, 이미징 센서(3120)는 CCD(Charge-Coupled Device)를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계(3000, 4000)는, 조명 소스(3010)와 제1 빔 스플리터(3040) 사이에 광학적으로 연결된 조명 광학계(3025)를 더 포함한다. 각도 및/또는 공간 동적 제어를 갖는 조명 광학계(3025)는 방사선의 프로브 빔(3310)을 생성하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 조명 소스(3010)는 포커싱 및 측정 조명 스펙트럼 모두를 전달하도록 구성된 광섬유 커플러이다.
일부 실시형태에 따르면, 조명 광학계(3025)는:
- 이미징된 오브젝트에서의 조명의 각도 분포를 규정하도록 구성된 조명 동공 개구(3020);
- 이미징된 오브젝트에서의 조명의 공간 확장을 제한하도록(이에 따라 시야를 규정함) 구성된 조명 필드 스탑(3030); 및
- 적어도 하나의 광학 렌즈(3021) 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스(3000, 4000)는 제1 빔 스플리터(3040)와 기준 오브젝티브 렌즈(3080) 사이의 광 경로를 선택적으로 개방 및 폐쇄하도록 구성된 기계적 셔터(1070)를 더 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스(3000, 4000)는 광학 측정 빔에 대하여 샘플(3060)을 병진이동시키도록 구성된 병진이동 스테이지(미도시)를 더 포함한다.
도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같은 간섭계 구성은, 포커싱 및 측정 작업을 위한 상이한 조명 스펙트럼의 제공을 가능하게 한다. 따라서, 제공된 구성은 포커싱 스펙트럼 내의 광만이 다이크로익 기준 미러(3090)로부터 리턴되게 할 수 있기 때문에 도 4b에 도시된 포커스 신호(4200)는 측정 이미지의 캡쳐와 동시에 검출될 수 있고, 다이크로익 빔 스플리터(3100)는 포커싱 스펙트럼 내의 광이 이미징 센서(3120)에 도달하는 것을 차단하고, 측정 스펙트럼 내의 광이 포커스 센서(3110)에 도달하는 것을 차단한다.
또한, 일부 실시형태에 따르면, (도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같이) 간섭계(3000, 4000) 구성은 웨이퍼의 프로세싱 변동의 영향을 최소화하도록 포커싱을 유도하기 위해 사용되는 조명 스펙트럼을 최적화할 수 있게 하고; 원하는 시스템 성능 메트릭(metric)들(예를 들어, 정확도, 오버레이 잔차, 툴 유도 시프트 등)을 최대화하도록 오버레이 타겟 이미지를 수집하는 데 사용되는 조명 스펙트럼을 최적화할 수 있게 하고; 취득(측정) 및 포커싱 작업 모두를 동시에 최적화할 수 있게 한다.
본 발명의 일부 실시형태는, 샘플의 스테이지의 이동 중에 특히 타겟이 변경될 때, 포커스를 유지하도록 구성되는 포커싱 툴을 제공한다. 웨이퍼 및 스테이지 이동 평탄도의 편차는 용인될 수 없는 레벨의 이미지 디 포커스(defocus)를 유도한다. 따라서, 측정 오브젝티브와 웨이퍼 사이의 간격은 모든 오버레이 타겟으로의 이동 후에 그리고 측정 이미지의 취득 전에 조정되어야 한다. 본 발명의 일부 실시형태는, 스테이지 이동 중의 연속적인 포커스 유지를 가능하게 하고, 이에 따라 이동 후에 포커스를 재취득하기 위해 필요한 시간이 제거되거나 적어도 감소될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스(3000, 4000)는 기준면(3090)에 기계적으로 연결된 병진이동 메카니즘(미도시)를 더 포함하고, 병진이동 메카니즘은 간섭계 밸런싱을 용이하게 하기 위해 기준 오브젝티브(3080)의 광축에 평행한 방향(4091)으로 기준면(3090)을 이동시키도록 구성된다. 도 4b는, 샘플(3060)에서 프로브 빔(3310)이 포커스 내에 있는지 여부를 검출하기 위해 분석될 수 있는 포커스 센서(3110)의 선택적 출력 신호(4200)를 표시한다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스(3000, 4000)는, 제1 빔 스플리터(3040)와 제2 오브젝티브(3080) 사이의 광 경로를 선택적으로 개방 및 폐쇄하도록 구성된 기계적 셔터(3070)를 더 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 기준 암으로부터 리턴되는 광(에를 들어, 기준면(3090)으로부터 리턴되는 광)은, 오버랩핑 스펙트럼 영역이 이미징 센서(3120)에 도달하는 것을 방지하기 위해, 측정 중에(예를 들어, 실제 이미지 캡쳐 중에) (예를 들어, 셔터(3070)에 의해) 제1 빔 스플리터(3040)에 도달하는 것이 차단된다.
OCT 시스템의 일반적인 관행은, 일반적으로 이동, 초점, 및 측정의 세 단계로 구분되고, "이동"단계에서 샘플의 스테이지(미도시)가 이동되어 샘플 표면의 타겟 구조가 이미징 센서의 시야로 들어가고, "포커스" 및 "측정" 단계 후에 이미징될 샘플 표면의 다음 타겟 구조에 측정 조명을 설정하기 위해 스테이지가 이동된다.
샘플 표면에서 각 타겟으로 스테이지가 이동하는 동안 포커스를 유지하기 위해, 본 발명의 일부 실시형태는, 광학적 계측 툴 및 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템(예를 들어, Linnik 간섭계)을 가진 간섭계 디바이스의 연속 포커스 모니터링 및 조정을 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 하기의 단계들을 포함한다:
- 기준면(예를 들어, 3090)과 기준 오브젝티브 렌즈(예를 들어, 3080) 사이의 간격을 스캐닝 및 측정하는 단계;
- 포커스 센서(예를 들어, 3110)를 통해, 기준 빔 및 측정 빔의 간섭 빔을 모니터링하는 단계;
- 모니터링된 간섭 빔에서 최대 프린지 콘트라스트가 관찰되도록, 기준면 위치를 시프팅하는 단계; 및
- 측정 전에, 기준면을 공칭 위치로 다시 병진이동시키고, 광학 계측 툴의 측정 오브젝티브 렌즈(예를 들어, 3050)와 샘플(예를 들어, 3060) 사이의 간격을 조정함으로써, 모니터링된 간섭 빔이 관찰된 최대 프린지 콘트라스트를 산출하도록 광학 계측 툴을 포커싱하는 단계.
일부 실시형태에 따르면, 샘플과 측정 오브젝티브 렌즈 사이의 간격 조정은 기준면의 공칭 위치로의 병진이동에 따르고 비례한다. 일부 비제한적 실시형태에 따르면, 용어 "비례"는 1.3 이하의 계수를 나타낸다.
일부 실시형태에 따르면, "공칭(nominal)"이라는 용어는 목표 또는 근사치인 허용된 조건을 지칭한다. 일부 실시형태에 따르면, 기준면의 공칭 위치는 초기 위치의 약 ±10 [nm] 이하이다.
일부 실시형태에 따르면, 기준 오브젝티브 렌즈의 광축에 평행한 방향으로 스테이지를 이동시키도록 구성된 병진이동 메카니즘에 의해 시프팅이 제공된다.
일부 실시형태에 따르면, 포커스 모니터링 및 조정 방법은 스캐닝, 모니터링, 및 조정 단계들이 연속적인 단계들인 것에 의해 연속적인 방법이 될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스의 포커스 모니터링을 위한 방법은, 웨이퍼와 오브젝티브 렌즈 사이의 간격의 연속 모니터링을 가능하게 하고, 결과적으로 웨이퍼 높이의 변화는 스테이지 이동 동안 및/또는 이동 후에 보정될 수 있다. 따라서, 오버레이 계측을 측정하기 위해 필요한 시간이 현저히 감소될 수 있다. 세부사항이 도 10에 도시되어 있다.
본 발명의 일부 실시형태에 따른 간섭계 디바이스(5000)를 개략적으로 도시한 도 5를 참조하면, 일부의 피쳐들은 도 3 및 도 4a에 도시된 바와 같은 디바이스들(3000, 4000)의 피쳐들과 유사하다. 일부 실시형태에 따르면, 본 발명은 검사 장치를 제공하고, 검사 장치는, 측정면(3060)으로부터 반사되도록 측정 파면을 디렉팅하고 이어서 간섭 패턴을 형성하기 위해 기준 파면과 오버랩되도록 구성된 간섭계 디바이스(5000)를 포함하고, 측정 파면 및 기준 파면은 공통 소스로부터 유도된다. 간섭계(5000)는:
- 제1 오브젝티브(3050)에 광학적으로 연결된 제1 빔 스플리터(3040)를 갖는 광학 칼럼을 갖는 광학 계측 툴; 및
- 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템을 포함하고, 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템은:
■ 제1 빔 스플리터와 함께 간섭계 구성으로 배열된 기준면(3090)과 제 2 오브젝티브(3080); 및
■ 제1 빔 스플리터(3040)의 출력 파면에 광학적으로 연결된 제2 빔 스플리터(3100)를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 기준면(5090)은 포커싱 스펙트럼 내의 광을 반사시키고 측정 스펙트럼 내의 광을 감쇠시키도록 구성된 다이크로익 기준 미러이다.
일부 실시형태에 따르면, 제2 빔 스플리터(5100)는 50/50 빔 스플리터이다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스(5000)는 제2 빔 스플리터(5100)와 포커스 검출기 렌즈(3115) 사이에 광학적으로 연결되고, 포커스 스펙트럼 내의 광을 포커스 센서(3110)로 디렉팅하도록 구성되는 포커스 스펙트럼 필터 휠(5130)을 더 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 간섭계 디바이스(5000)는 제2 빔 스플리터(5100)와 튜브 렌즈/렌즈들(3105) 사이에 광학적으로 연결되고 측정 스펙트럼 내의 광을 이미징 센서(3120)로 디렉팅하도록 구성된 이미징 스펙트럼 필터 휠(5140)을 더 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같은 간섭계 구성은, 포커싱 및 측정 작업을 위한 상이한 조명 스펙트럼의 제공을 가능하게 한다. 따라서, 제공된 구성은 포커싱 스펙트럼 내의 광만이 다이크로익 기준 미러(3090)로부터 리턴되게 할 수 있기 때문에 포커스 신호는 측정 이미지의 캡쳐와 동시에 검출될 수 있고, 이미징 스펙트럼 필터 휠(5140)은 포커싱 스펙트럼 내의 광이 이미징 센서(3120)에 도달하는 것을 차단하고, 포커스 스펙트럼 필터 휠(5130)은 측정 스펙트럼 내의 광이 포커스 센서(3110)에 도달하는 것을 차단한다.
도 5에 도시된 바와 같은 간섭계 구성은 포커스 및 측정 조명 스펙트럼이 오버랩되게 할 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 포커스 및 측정 스펙트럼 모두는 측정 및 기준 암 상에 전파된다(propagate). 일부 실시형태에 따르면, 포커스 및 측정 스펙트럼 모두 포커스 및 필드 플레인 센서 모두를 향해 디렉팅된다. 일부 실시형태에 따르면, 포커스 센싱에 사용되는 스펙트럼을 분리하기(isolate) 위해 대역 통과 필터(포커스 필터 휠(5140) 등)가 포커스 센서 암에 삽입된다. 일부 실시형태에 따르면, 오버레이 측정에 사용되는 스펙트럼을 분리하기 위해 상이한 대역 통과 필터(이미징 필터 휠(5130) 등)가 필드 플레인 어레이 센서 암에 삽입된다. 일부 실시형태에 따르면, 포커스 및 측정 필터는 각 암 상의 센서에 도달하는 스펙트럼을 수정하는 필터에 의해 대체될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에 따른 간섭계 디바이스(6000)를 개략적으로 도시한 도 6을 참조하면, 일부의 피쳐들은 도 3, 도 4a, 및 도 5에 도시된 바와 같은 디바이스들(3000, 4000, 및 5000)의 피쳐들과 유사하다. 일부 실시형태에 따르면, 본 발명은 검사 장치를 제공하고, 검사 장치는, 측정면(3060)으로부터 반사되도록 측정 파면을 디렉팅하고 이어서 간섭 패턴을 형성하기 위해 기준 파면과 오버랩되도록 구성된 간섭계 디바이스(6000)를 포함하고, 측정 파면 및 기준 파면은 공통 소스로부터 유도된다. 간섭계(6000)는:
- 제1 오브젝티브(3050)에 광학적으로 연결된 제1 빔 스플리터(3040)를 갖는 광학 칼럼을 갖는 광학 계측 툴; 및
- 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템을 포함하고, 광 간섭성 단층촬영 포커싱 시스템은:
■ 제1 빔 스플리터와 함께 간섭계 구성으로 배열된 기준면(3090)과 제 2 오브젝티브(3080); 및
■ 제1 빔 스플리터(3040)의 출력 파면에 광학적으로 연결된 제2 빔 스플리터(3100)를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 기준면(3090)은 미리 규정된 포커싱 스펙트럼 내의 광을 반사시키고 미리 규정된 측정 스펙트럼 내의 광을 감쇠시키도록 구성된 다이크로익 기준 리플렉터이다.
일부 실시형태에 따르면, 제2 빔 스플리터(6100)는 도 3 및 도 4a의 상기 설명에서의 세부사항과 같이 다이크로익 빔 스플리터이다. 다른 실시형태에 따르면, 제2 빔 스플리터(6100)는 50/50 빔 스플리터이고, 간섭계 디바이스(6000)는, 상기 도 5와 관련하여 도시되고 상세히 설명된 바와 같이(휠(5130, 5140)은 도 6에 도시되지 않음), 포커스 스펙트럼 필터 휠(5130) 및 이미징 스펙트럼 필터 휠(5140)을 더 포함한다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같은 간섭계 구성은, 포커싱 및 측정 작업을 위한 상이한 조명 스펙트럼의 제공을 가능하게 한다.
일부 실시형태에 따르면, 디바이스(6000)의 구성은, 측정 및 포커스 모니터링을 위한 상이한 조명 스펙트럼을 공급하기 위해 2개의 별도의 광원(6210 및 6310)을 사용하는 것을 허용하고, 2개의 광원(6210 및 6310)으로부터의 광을 결합하여 동일한 시야를 조명할 수 있도록, 다이크로익 빔 스플리터/결합기(6400)는 2개의 광원(6210 및 6310)으로부터의 광을 효과적으로 결합하도록 구성된다.
일부 실시형태에 따르면, 도 3, 도 4a, 도 4b, 도 5, 및 도 6에 도시된 바와 같은 Linnik 간섭계에 의한 포커스 센싱을 가진 이미지 기반 오버레이 계측 시스템은:
- 포커스 및 측정 각각에 대한 조명 스펙트럼을 위한 독립적인 규정(definition);
- 스펙트럼 콘텐트에 기초하여, 웨이퍼 및 기준 미러로부터 리턴되는 광의 분리에 의해 동시적인 포커스 취득 및 측정;
- 기준 미러와 Linnik 오브젝티브 렌즈(기준면 대 기준 오브젝티브 렌즈) 사이의 간격을 변경 또는 어뎁팅(adapting)함으로써 웨이퍼와 측정 오브젝티브 렌즈 사이의 거리를 모니터링하는 것을 가능하게 하고,
- 이에 따라, 웨이퍼와 측정 오브젝티브 렌즈 사이의 거리가 연속적으로 모니터링될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 본 발명의 응용예 및/또는 구현예들은 각각의 격자가 상이한 프로세스 층에 인쇄되는 웨이퍼 상의 격자 타겟들과 나란히 격자를 검사하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 응용예는, X오버레이를 측정하기 위해 X축으로 배향된 한쌍의 격자 및/또는 Y-오버레이를 측정하기 위해 Y축에서의 한쌍을 검사하도록 구성된다.
일부 실시형태에서, 타겟 조명은 넓거나 좁은 스펙트럼 콘텐트를 가질 수 있다. 일부 실시형태에서, 이미징 센서 상에 형성된 타겟의 이미지의 콘트라스트를 최대화하기 위해 웨이퍼 높이가 조정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 후속 오버레이 타겟으로 각 스테이지가 이동된 후에 웨이퍼 포커스를 다시 얻기 위해 Linnik 간섭계가 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 오버레이 측정은 캡쳐된 이미지 내의 타겟의 상대 위치로부터 추출된다.
이제 상세히 전술한 일부 실시형태에 따른 검사 장치인, 포커스 검출을 위해 UV LED를 가진 광대역 조명기(7000)를 위한 예시적 구현예를 개략적으로 도시한 도 7을 참조한다. 도 7 실시예에 도시된 바와 같이, 레이저 구동 플라즈마 광원(7010)은 가시 광선 및 근적외선 스펙트럼에 걸쳐있는 광대역 방사선을 생성한다. 레이저 구동 플라즈마 광원(7010)은 적어도 하나의 광학 렌즈(7321) 및 조명 필드 스탑(7020)을 통해 중성 밀도 휠(neutral density wheel)(7020)에 광학적으로 연결된다. 중성 밀도 휠(7020)은 센서 포화를 회피하기 위해 광의 감쇠를 가능하게 하도록 구성된다. 중성 밀도 휠(7020)은 또한, 소스의 대역 분포에서 상이한 스펙트럼 분포의 선택을 가능하게 하도록 구성된 대역 통과 필터 휠(7040)에 연결된다. 다이크로익 빔 스플리터(7060)는, 대역 통과 필터 휠(7040)을 통해 수신된 플라즈마 스펙트럼을, 포커스 센싱을 위해 고정된 스펙트럼을 제공하도록 구성된 UV LED(7050)로부터 수신된 조명과 효율적으로 결합한다. 이어서, 결합된 빔은 멀티 모드 섬유(7070)에 연결되고, 이에 따라 광대역 조명이 출력된다.
이제, 오버레이 계측 현미경 헤드(8000)인 상술한 일부 실시형태에 따른 검사 장치의 예시적인 구현예를 개략적으로 도시한 도 8a를 참조한다. 멀티 모드 섬유(7070)(도 7에도 도시됨)로부터의 출력은 Linnik 빔 스플리터(3040)에 의한 측정 및 기준 경로로 분할된다. 기준 미러(8090)는, LED(7050)(도 7에 도시됨)로부터의 UV 스펙트럼을 반사시키고 레이저 구동 플라즈마 소스(7010)(도 7에 도시됨0로부터의 광대역 스펙트럼을 감소시키기 위해, 다이크로익 코팅을 포함한다. 웨이퍼(3060)는 LED로부터의 UV 스펙트럼과 레이저 구동 플라즈마 소스로부터의 광대역 스펙트럼 모두를 반사시킨다. 특히, UV 스펙트럼은 웨이퍼의 상부 층들로부터 반사되므로, 웨이퍼 프로세싱 변동 및 이전 층들의 피쳐로부터의 포커스 센싱에 대한 영향이 최소화된다. 가시 및 근적외선 스펙트럼은 해당 레이어에 인쇄된 오버레이 타겟을 보는 데 필요한만큼 웨이퍼의 하부 층들로 침투할 수 있다. 다이크로익 빔 스플리터(3100)는 기준 및 측정 경로로부터의 UV 광을 포커스 센서로 효율적으로 라우팅한다. 다이크로익 빔 스플리터는 또한, 필드 어레이 센서로 가시 및 근적외선 측정 광을 효율적으로 라우팅한다. 일부 실시형태에 따르면, 기준 미러(8090)는 웨이퍼 높이 위치의 연속적인 센싱 및 보정을 제공하도록 변조될 수 있다. 도 8b는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 도 8a에 도시된 바와 같은 포커스 검출기(FD)(3110)의 선택적 출력 신호(8200)를 개략적으로 도시한다.
이제, OCT 포커스 시스템을 가진 간섭계 디바이스를 사용하여 본 발명의 일부 실시형태에 따른 샘플(예를 들어, 웨이퍼) 상의 타겟을 포커싱 및 측정하는 프로세스를 개략적으로 도시한 도 9를 참조한다. 상기 프로세스는:
- 샘플의 표면 상의 현재 타겟에 대하여 시야(field of view; FoV)를 설정하기 위해 샘플을 병진이동시키는 단계(9100);
- 샘플과 측정 오브젝티브 렌즈 사이의 거리를 조정함으로써 타겟에 대하여 조명을 포커싱하는 단계(9200); 및
- 기준 빔 경로가 제1(Linnik) 빔 스플리터로 리턴되는 것을 차단하면서 현재 타겟을 측정(즉, 이미징)하는 단계(9300)를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 포커싱(9200)은, 간섭 빔을 형성하기 위해, 타겟으로부터 반사되고 이어서 기준 파면과 오버랩되도록, 측정 파면을 디렉팅함으로써, 그리고 간섭 빔을 포커스 센서를 향해 그리고 이미징 센서를 향해 디렉팅함으로써 달성되고, 측정 오브젝티브 렌즈와 샘플 사이의 거리의 조정은, (포커스 센서를 통해) 최대 프린지 콘트라스트가 스캐닝된 간섭 빔에서 관찰되도록 한다.
일부 실시형태에 따르면, 본 발명은 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스를 사용하여 최적의 포커싱 및 측정을 위한 방법을 제공하고, 상기 방법(9500)은 오버랩된 측정 및 기준 파면을 포커스 센서를 향해 그리고 이미징 센서를 향해 개별적으로 디렉팅하는 단계(9520)를 포함하고, 오버랩된 파면의 미리 규정된 포커싱 조명 스펙트럼은 포커스 센서를 향해 디렉팅되고, 오버랩된 파면의 미리 규정된 측정 조명 스펙트럼은 이미징 센서를 향해 디렉팅된다.
일부 실시형태에 따르면, 방법(9500)은, OCT 포커싱 시스템의 기준면으로부터 미리 규정된, 즉 측정 및 기준 파면의 오버랩핑 전에, 포커싱 조명 스펙트럼만, 반사시키는 단계(9510)를 더 포함한다.
도 9는 또한, 본 발명의 일부 실시형태에 따른 포커싱(9200) 및 측정(9300)의 프로세스에 의한 최적 포커싱 및 측정을 위한 방법(9500)의 통합을 도시한다.
이제, 예를 들어, 샘플의 표면에서 각 타겟으로 샘플의 스테이지가 이동하는 동안, 광학 계측 툴 및 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스의 포커스를 유지하기 위한 방법(10000)을 개략적으로 도시한 도 10을 참조한다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 방법(10000)은:
- (OCT 시스템의) 포커스 센서를 통해, 기준 빔 및 측정 빔의 간섭 빔을 모니터링 및 측정하는 단계(10100);
- 모니터링된 간섭 빔에서 최대 프린지 콘트라스트가 관찰되도록, 기준 오브젝티브 렌즈에 대하여 (OCT 시스템의) 기준 리플렉터 표면을 병진이동시키는 단계(10200);
- 샘플의 측정 위치로의 도달에 응답하여, 알려진 양으로 기준 리플렉터 표면을 다시 공칭 위치로 병진이동시키는 단계(10300); 및
- 모니터링된 기준 빔이 관찰된 최대 프린지 콘트라스트를 산출하도록, 알려진 양에 비례하여 수직 스텝으로 샘플과 (광학 계측 툴의)측정 오브젝티브 렌즈 사이의 거리를 조정함으로써(10400), 광학 계측 툴을 포커싱하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 방법(10000)은 기준 리플렉터와 기준 오브젝티브 렌즈 사이의 거리(10250)를 스캐닝 및 측정하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 모니터링, 측정, 스캐닝, 병진이동, 및 포커싱의 단계들은 연속적이다.
일부 실시형태에 따르면, 전술한 그리고 도 10의 방법은, 상기 실시형태에서와 같은 간섭계 디바이스(3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000)에 적용될 수 있다.
제공된 실시형태들 중 적어도 일부에 따르면, 스캐터로메트리 기반 오버레이 시스템은 측정 파장과 상이한 파장에서 포커스를 최적화할 수 있다. 이미징 기반 오버레이 시스템은 본 발명의 구현예를 통한 프로세스 변동에 대하여 유사한 레벨의 견고성(robustness)을 제공할 수 있다.
또한, 각 이동 후에 오버레이 타겟의 포커스를 다시 획득하는 프로세스는 "이동 및 측정"시간 예산의 상당 부분을 구성한다. 연속 포커스 추적은 이미지 기반 오버레이 측정의 소유 비용(cost-of-ownership)을 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 특정 피쳐들이 여기에 예시되고 기술되었지만, 다수의 수정, 대체, 변경, 및 등가물이 통상의 기술자에게 발생할 것이다. 따라서, 청구범위는 본 발명의 실제 사상 내에 있는 이러한 수정과 변경을 모두 커버(cover)하는 것을 의도하고 있다는 것이 이해될 것이다.
Claims (8)
- 계측 및 검사 시스템에 있어서,
제1 오브젝티브에 광학적으로 커플링된 제1 빔 스플리터를 갖는 광학 칼럼을 갖는 광학 계측 툴; 및
광 간섭성 단층촬영(optical coherence tomography; OCT) 포커싱 시스템
을 포함하고,
상기 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템은,
상기 제1 빔 스플리터와 함께 간섭계 구성으로 배열된 기준면과 제2 오브젝티브; 및
상기 제1 빔 스플리터의 출력 파면(wavefront)에 광학적으로 커플링된 제2 빔 스플리터
를 포함하고,
상기 기준면은, 다이크로익 리플렉터(dichroic reflector)이며, 포커싱 스펙트럼 내의 조명을 반사시키도록 구성되는 것과,
상기 포커싱 시스템은,
제2 빔 스플리터와 포커스 센서 사이에 광학적으로 커플링되고, 상기 포커싱 스펙트럼 내의 조명을 상기 포커스 센서로 디렉팅하도록 구성된, 포커스 스펙트럼 필터 휠; 및
상기 제2 빔 스플리터와 이미징 센서 사이에 광학적으로 커플링되고, 측정 스펙트럼 내의 조명을 상기 이미징 센서로 디렉팅하도록 구성된, 이미징 스펙트럼 필터 휠을 더 포함하는 것, 중 적어도 하나가 참(true)인 것인, 계측 및 검사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 포커싱 스펙트럼은 약 380-430 [nm]이고, 상기 미리 결정된 측정 스펙트럼은 약 430-1200 [nm]인 것인, 계측 및 검사 시스템. - 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스를 사용하여 포커싱 및 측정하는 방법에 있어서,
오버랩된 측정 및 기준 파면을 포커스 센서를 향해 그리고 이미징 센서를 향해 개별적으로 디렉팅하는 단계를 포함하고,
오버랩된 파면의 미리 규정된 포커싱 조명 스펙트럼은 상기 포커스 센서를 향해 디렉팅되고,
오버랩된 파면의 미리 규정된 측정 조명 스펙트럼은 상기 이미징 센서를 향해 디렉팅되는 것인, OCT 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스를 사용하여 포커싱 및 측정하는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 OCT 포커싱 시스템의 기준면으로부터 상기 미리 규정된 포커싱 조명 스펙트럼만 반사시키는 단계를 더 포함하는, OCT 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스를 사용하여 포커싱 및 측정하는 방법. - 광학 계측 툴 및 광 간섭성 단층촬영(OCT) 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스의 포커스를 유지하는 방법에 있어서,
상기 OCT 포커싱 시스템의 포커스 검출기를 통해, 기준 빔 및 측정 빔의 간섭 빔을 모니터링하는 단계;
상기 모니터링된 간섭 빔에서 최대 프린지 콘트라스트가 관찰되도록, 상기 OCT 포커싱 시스템의 기준면을 병진이동시키는 단계; 및
측정 전에, 상기 모니터링된 간섭 빔이 상기 관찰된 최대 프린지 콘트라스트를 산출하도록, 상기 광학 계측 툴의 측정 오브젝티브 렌즈와 샘플 사이의 거리(separation)를 조정함으로써, 상기 기준면을 다시 공칭 위치로 병진이동시키고 상기 광학 계측 툴을 포커싱하는 단계
를 포함하는, 광학 계측 툴 및 OCT 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스의 포커스를 유지하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 OCT 포커싱 시스템의 기준면과 기준 오브젝티브 렌즈 사이의 거리를 스캐닝 및 측정하는 단계를 더 포함하는, 광학 계측 툴 및 OCT 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스의 포커스를 유지하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 샘플과 측정 오브젝티브 렌즈 사이의 거리 조정은 상기 기준면의 공칭 위치로의 병진이동에 비례하는 것인, 광학 계측 툴 및 OCT 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스의 포커스를 유지하는 방법. - 제6항에 있어서,
상기 모니터링, 스캐닝, 측정, 병진이동, 및 포커싱 단계는 연속적인 것인, 광학 계측 툴 및 OCT 포커싱 시스템을 가진 간섭계 디바이스의 포커스를 유지하는 방법.
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