KR20240003442A

KR20240003442A - 계측 장치 및 리소그래피 장치

Info

Publication number: KR20240003442A
Application number: KR1020237036907A
Authority: KR
Inventors: 아르잔 요하네스 안톤 베우크만; 두이구 아크불루트
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2022-04-05
Publication date: 2024-01-09
Also published as: WO2022233523A1; TWI840794B; US20240241452A1; TW202307595A; CN117280281A; JP2024519281A

Abstract

기준 프레임과 복수의 통합형 광학계 센서 헤드들을 포함하는 병렬 계측 센서 시스템이 개시되며, 각 통합형 광학계 센서 헤드는 독립적인 측정을 수행하도록 구성된다. 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각은 기준 프레임에 대한 그의 위치를 측정하도록 작동 가능하다.

Description

계측 장치 및 리소그래피 장치

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2021년 5월 4일에 출원되고 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된 EP 출원 21171975.2 의 우선권을 주장한다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의한 디바이스의 제조에 사용 가능한 방법 및 장치에, 그리고 리소그래피 기술을 사용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 위치 센서와 같은 계측 센서에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟 부분 상으로 적용시키는 장치이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클로서 지칭되는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 일부, 하나의 다이 또는 여러 다이를 포함하는) 타겟 부분 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응 재료 (레지스트)의 층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 부분들의 네트워크를 포함할 것이다. 이 타겟 부분들은 일반적으로 "필드(field)"로 지칭된다.

복잡한 디바이스의 제조에서, 전형적으로 많은 리소그래피 패터닝 단계가 수행되며, 그에 의하여 기판 상의 연속적인 층에 기능적 피처(features)를 형성한다. 따라서 리소그래피 장치의 성능의 중요한 양태는 이전 층에 (동일한 장치 또는 상이한 리소그래피 장치에 의해) 놓인 피처에 관하여 적용된 패턴을 올바르게 그리고 정확하게 배치시키는 능력이다. 이 목적을 위하여, 기판은 하나 이상의 정렬 마크 세트를 구비한다. 각 마크는 위치 센서, 전형적으로 광학 위치 센서를 사용하여 나중에 위치가 측정될 수 있는 구조체이다. 리소그래피 장치는 하나 이상의 정렬 센서를 포함하며, 기판 상의 마크의 위치는 이 정렬 센서에 의하여 정확하게 측정될 수 있다. 상이한 유형의 마크들과 상이한 유형의 정렬 센서들은 상이한 제조업체들 및 동일한 제조업체의 상이한 제품들로부터 알려져 있다.

다른 응용예에서, 계측 센서는 (레지스트 내 및/또는 에칭 후) 기판 상의 노광된 구조체를 측정하기 위하여 사용된다. 빠르고 비침습적인 형태의 특수 검사 툴은, 방사선의 빔이 기판의 표면 상의 타겟으로 향하고 산란 또는 반사 빔의 특성이 측정되는 스캐터로미터이다. 공지된 스캐터로미터의 예는 US2006/033921A1 및 US2010/201963A1에 설명된 유형의 각도-분해 스캐터로미터를 포함한다. 재구성에 의한 피처 형상의 측정에 더하여, 공개된 특허출원 US2006/066855A1에 설명된 바와 같이, 회절 기반 오버레이는 이러한 장치를 사용하여 측정될 수 있다. 회절 차수의 암시야 이미징을 이용한 회절-기반 오버레이 계측은 더 작은 타겟에서의 오버레이 측정을 가능하게 한다. 암시야 이미징 계측의 예는 국제 특허 출원 WO2009/078708 및 WO2009/106279에서 찾을 수 있으며, 이 문헌들은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다. 이 기술의 추가 개발은 공개된 특허 공개 US2011/0027704A, US2011/0043791A, US2011/102753A1, US2012/0044470A, US2012/0123581A, US2013/0258310A, US2013/0271740A 및 WO2013/178422A1에 설명되어 있다. 이 타겟은 조명 스폿보다 작을 수 있으며 웨이퍼 상의 제품 구조체로 둘러싸일 수 있다. 복합 격자 타겟을 사용하여 하나의 이미지에서 다수의 격자가 측정될 수 있다. 이 모든 출원의 내용은 또한 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

정렬 또는 오버레이 계측과 같은 많은 계측 응용예에서, 가능한 한 빠른 시간 내에 가능한 한 많은 타겟/정렬 마크를 측정하는 것이 바람직하다. 이는 처리량에 영향을 주지 않으면서 고차 왜곡 및 효과가 더 잘 캡처되고 모델링되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 동일한 기간 내에 현재의 계측 장치보다 더 많은 타겟/마크를 계측할 수 있는 계측 장치가 바람직하다.

제1 양태의 본 발명은 병렬 계측 센서 시스템을 제공하며, 병렬 계측 센서시스템은 기준 프레임; 및 독립적인 측정을 수행하도록 각각 구성된 복수의 통합형 광학계 센서 헤드들을 포함하고; 여기서 광학계 센서 헤드들의 각각은 기준 프레임에 대한 그의 위치를 측정하도록 작동 가능하다.

본 발명의 상기 양태 및 다른 양태가 아래에 설명된 실시예를 고려함으로써 이해될 것이다.

이제 본 발명의 실시예가 첨부된 개략도를 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 장치에서의 측정 및 노광 공정을 개략적으로 도시하고 있다.
도 3은 실시예에 따른 병렬 계측 센서 시스템을 개략적으로 도시하고 있다.
도 4a는 도 3에 도시된 병렬 계측 센서 시스템의 (부분) 평면도, 도 4b는 정면도, 그리고 도 4c는 측면도를 개략적으로 도시하고 있다.
도 5a는 도 3에 도시된 병렬 계측 센서 시스템의 (부분) 평면도, 도 5b는 정면도, 그리고 도 5c는 측면도를, 작동 세부 사항과 함께 개략적으로 도시하고 있다.
도 6은 광섬유를 센서 헤드 칩에 광학적으로 연결하기 위한 세 가지 대안적인 광섬유 결합 메커니즘을 개략적으로 도시하고 있다.

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

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 본 장치는 방사선 빔(B) (예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템 (일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되며, 특정 매개변수에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결된 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 각각 기판 (예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지시키도록 구성되며, 특정 매개변수에 따라서 기판을 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 각각 연결된 2개의 기판 테이블 (예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WTa 및 WTb); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 타겟 부분(C) 상으로 투영시키도록 구성된 투영 시스템 (예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다. 기준 프레임(RF)은 다양한 구성 요소를 연결하며, 그리고 패터닝 디바이스와 기판의 위치 그리고 이들 상의 피처의 위치를 설정 및 측정하기 위한 기준의 역할을 한다.

조명 시스템은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고, 또는 제어하기 위한, 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전식 또는 다른 유형의 광학 구성 요소, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 요소를 포함할 수 있다.

패터닝 디바이스 지지체(MT)는 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경 내에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 유지시킨다. 패터닝 디바이스 지지체는 기계적, 진공, 정전기, 또는 기타 클램핑 기술을 이용하여 패터닝 디바이스를 유지시킬 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정될 수 있거나 이동 가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스가, 예를 들어 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "패터닝 디바이스"는, 기판의 타겟 부분에 패턴을 생성하기 위해 방사선 빔의 횡단면에 패턴을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상 시프트 피처(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함한다면, 기판의 타겟 부분의 원하는 패턴에 정확히 대응하지 않을 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같은, 타겟 부분에 생성되고 있는 디바이스 내의 특정 기능 층에 대응할 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 장치는 (예를 들어, 투과형 패터닝 디바이스를 이용하는) 투과 유형이다. 대안적으로, 본 장치는 (예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 사용하는, 또는 반사형 마스크를 이용하는) 반사 유형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이, 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 본 명세서에서의 용어 "레티클" 또는 "마스크"의 임의의 사용은 보다 일반적인 용어 "패터닝 디바이스"와 동의어로 간주될 수 있다. 용어 "패터닝 디바이스"는 또한 이러한 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 제어하는 데 사용하기 위해 패턴 정보를 디지털 형태로 저장하는 디바이스를 지칭하는 것으로 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "투영 시스템"은 이용되고 있는 노광 방사선에 대해, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 유형의 투영 시스템을 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서의 용어 "투영 렌즈"의 임의의 사용은 더 일반적인 용어 "투영 시스템"과 동의어로 간주될 수 있다.

리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예를 들어 물로 덮일 수 있는 유형일 수 있다. 침지 액체는 또한 리소그래피 장치 내의 다른 공간에, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위한 기술 분야에서 잘 알려져 있다.

작동 시, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 받아들인다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스와 리소그래피 장치는 별도의 개체들일 수 있다. 이러한 경우에, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 나아간다. 다른 경우에, 예를 들어 소스가 수은 램프일 때, 소스는 리소그래피 장치의 필수 부분일 수 있다. 소스(SO)와 일루미네이터(IL)는 필요하다면 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수도 있다.

일루미네이터(IL)는, 예를 들어 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조절기(AD), 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)를 포함할 수 있다. 일루미네이터는 횡단면에서 원하는 균일성 및 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 조절하기 위하여 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(MT) 상에 유지되고 있는 패터닝 디바이스(MA)에 입사하며, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 가로지른 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 투영 시스템은 빔을 기판(W)의 타겟 부분(C) 상으로 집속시킨다. 제2 포지셔너(PW)와 위치 센서(IF) (예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟 부분(C)들을 위치시키기 위하여, 기판 테이블(WTa 또는 WTb)은 정확하게 이동될 수 있다. 유사하게, 제1 포지셔너(PM)와 (도 1에서는 명확하게 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서가 사용되어, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 인출 이후에, 또는 스캔 동안에 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 정확하게 위치시킬 수 있다.

패터닝 디바이스 (마스크)(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2)와 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟 부분을 점유하고 있지만, 이들은 타겟 부분들 사이의 공간에 위치될 수 있다 (이들은 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다). 마찬가지로, 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공된 상황에서, 마스크 정렬 마크는 다이들 사이에 위치될 수 있다. 소형 정렬 마크는 또한 디바이스 피처들 사이에서 다이 내에 포함될 수 있으며, 이 경우 마커는 가능한 한 작고 또한 인접한 피처들과 임의의 다른 이미징 또는 공정 조건을 필요로 하지 않는다는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출하는 정렬 시스템은 아래에서 더 설명된다.

도시된 장치는 다양한 모드에서 사용될 수 있다. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT)와 기판 테이블(WT)은 동시에 스캔되는 반면에, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟 부분(C) 상으로 투영된다 (즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시 타겟 부분의 (비-스캐닝 방향으로의) 폭을 제한하는 반면에, 스캐닝 움직임의 길이는 타겟 부분의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다. 본 기술 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 다른 유형의 리소그래피 장치 및 작동 모드가 가능하다. 예를 들어, 스텝 모드가 알려져 있다. 소위 "마스크리스(maskless)" 리소그래피에서, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스는 고정 상태에서 유지되지만, 변화하는 패턴을 가지며, 그리고 기판 테이블(WT)은 이동되거나 스캔된다.

위에서 설명된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 상이한 사용 모드들이 또한 이용될 수 있다.

리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블(WTa, WTb) 및 2개의 스테이션 -노광 스테이션(EXP)과 측정 스테이션(MEA)-을 가지며 기판 테이블들이 2개의 스테이션 사이에서 교환될 수 있는 소위 이중 스테이지 유형이다. 한 기판 테이블 상의 한 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판은 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있으며 다양한 준비 단계가 수행된다. 이는 장치의 처리량의 상당한 증가를 가능하게 한다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 높이 윤곽을 맵핑하는 것 및 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 기판 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 위치 센서(IF)가 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없다면, 제2 위치 센서가 제공되어 기준 프레임(RF)에 대해 양 스테이션에서 기판 테이블의 위치가 추적되는 것을 가능하게 할 수 있다. 보여지는 이중 스테이지 배열체 대신에 다른 배열체가 알려져 있으며 사용 가능하다. 예를 들어, 기판 테이블과 측정 테이블이 제공되는 다른 리소그래피 장치가 알려져 있다. 이 테이블들은 준비 측정을 수행할 때 함께 도킹되며, 그후 기판 테이블이 노광을 겪을 때 도킹 해제된다.

도 2는 도 1의 이중 스테이지 장치에서 기판(W) 상의 타겟 부분 (예를 들어, 다이)을 노광시키는 단계를 도시하고 있다. 측정 스테이션(MEA)에서 수행되는 단계는 좌측의 점선 박스 내에 있으며, 우측은 노광 스테이션(EXP)에서 수행되는 단계를 보여주고 있다. 때로는, 위에서 설명된 바와 같이, 기판 테이블(WTa, WTb)들 중 하나는 노광 스테이션에 있을 것인 반면에, 다른 하나는 측정 스테이션에 있을 것이다. 이 설명의 목적을 위하여, 기판(W)이 이미 노광 스테이션 내로 로딩되었다는 것이 가정된다. 단계 200에서, 새로운 기판(W')이 보이지 않는 메커니즘에 의하여 장치로 로딩된다. 리소그래피 장치의 처리량을 증가시키기 위하여 이 2개의 기판은 동시에 처리된다.

처음에 새로 로딩된 기판(W')을 참조하면, 이는 장치에서의 첫 노광을 위하여 새로운 포토 레지스트로 준비된, 이전에 처리되지 않은 기판일 수 있다. 그러나 일반적으로, 설명된 리소그래피 공정은 일련의 노광 및 처리 단계들 중 단지 한 단계일 것이며, 따라서 기판(W')은 이 장치 및/또는 다른 리소그래피 장치를 이미 여러 차례 통과하였으며 거쳐야 할 후속 공정 또한 가질 수 있다. 특히 오버레이 성능을 향상하는 문제에 대하여, 과제는 패터닝 및 처리의 하나 이상의 주기를 이미 거친 기판 상의 정확한 위치에 새로운 패턴이 정확하게 적용되는 것을 보장하는 것이다. 만족스러운 오버레이 성능을 달성하기 위해, 이 처리 단계들은 측정되고 보정되어야 하는 기판의 왜곡을 점진적으로 도입한다.

이전 및/또는 후속 패터닝 단계는 방금 언급된 바와 같이 다른 리소그래피 장치에서 수행될 수 있으며, 또한 상이한 유형의 리소그래피 장치에서도 수행될 수 있다. 예를 들어, 분해능과 오버레이와 같은 매개변수 면에서 매우 까다로운, 디바이스 제조 공정 내의 일부 층은 덜 까다로운 다른 층보다 더욱 진보된 리소그래피 툴에서 수행될 수 있다. 따라서 일부 층은 침지 유형 리소그래피 툴에서 노광될 수 있는 반면, 다른 층은 "건식(dry)" 툴에서 노광된다. 일부 층은 DUV 파장에서 가동하는 툴에서 노광될 수 있는 반면에, 다른 층은 EUV 파장 방사선을 이용하여 노광된다.

202에서, 기판 마크(P1) 등과 이미지 센서(보이지 않음)를 사용한 정렬 측정은 기판 테이블(WTa/WTb)에 대한 기판의 정렬을 측정하고 기록하기 위해 사용된다. 또한, 기판(W')에 걸친 여러 정렬 마크는 정렬 센서(AS)를 사용하여 측정될 것이다. 이 측정은 "웨이퍼 그리드"를 설정하기 위해 일 실시예에서 사용되며, 이 웨이퍼 그리드는 공칭 직사각형 그리드에 대한 임의의 왜곡을 포함하는, 기판에 걸친 마크들의 분포를 매우 정확하게 매핑한다.

단계 204에서, X-Y 위치에 대한 웨이퍼 높이(Z)의 맵은 또한 레벨 센서(LS)를 사용하여 측정된다. 일반적으로, 높이 맵은 노광된 패턴의 정확한 집속을 달성하기 위해서만 사용된다. 이는 그 외에 다른 목적을 위하여 사용될 수 있다.

기판(W')이 로딩되었을 때, 레시피 데이터(206)가 수신되어, 수행될 노광, 그리고 또한 웨이퍼 및 웨이퍼 상에 이전에 만들어지고 또한 만들어질 패턴의 특성을 규정하였다. 202 및 204에서 만들어진 웨이퍼 위치, 웨이퍼 그리드 및 높이 맵의 측정이 이 레시피 데이터에 추가되며, 따라서 레시피 데이터와 측정 데이터의 완전한 세트(208)가 노광 스테이션(EXP)에 전달될 수 있다. 정렬 데이터의 측정은, 예를 들어 리소그래피 공정의 제품인 제품 패턴에 대해 고정된 또는 공칭적으로 고정된 관계로 형성되는 정렬 타겟의 X 및 Y 위치를 포함한다. 노광 직전에 얻어진 이 정렬 데이터는 모델을 데이터에 피팅하는 매개변수로 정렬 모델을 생성하기 위해 사용된다. 이 매개변수와 정렬 모델은 노광 작동 중에 사용되어 현재의 리소그래피 단계에서 적용되는 패턴의 위치를 보정할 것이다. 사용 중인 모델은 측정된 위치들 간의 위치 편차를 보간한다. 일반적인 정렬 모델은, "이상적인" 그리드의 병진, 회전 및 스케일링(scaling)을 상이한 차원에서 함께 규정하는 4개, 5개, 또는 6개의 매개변수를 포함할 수 있다. 더 많은 매개변수를 사용하는 진보된 모델이 알려져 있다.

단계 210에서, 기판(W' 및 W)들이 교체되며, 따라서 측정된 기판(W‘)이 노광 스테이션(EXP)으로 들어가는 기판(W)이 된다. 도 1의 예시적인 장치에서, 이 교체는 장치 내에서 지지체(WTa 및 WTb)들을 교환함으로써 수행되며, 따라서 기판(W, W')은 이 지지체들 상에 정확하게 클램핑되고 위치된 상태로 남아 있어 기판 테이블과 기판 자체 사이의 상대적인 정렬을 보존한다. 이에 따라, 테이블들이 교체되면, 투영 시스템(PS)과 기판 테이블(WTb) (이전에는 WTa) 사이의 상대적인 위치를 결정하는 것은 노광 단계의 제어시 기판(W) (이전에는 W')에 대한 측정 정보(202, 204)를 이용하기 위해 필요한 모든 것이다. 단계 212에서, 마스크 정렬 마크(M1, M2)를 사용하여 레티클 정렬이 수행된다. 단계 214, 216, 218에서, 다수의 패턴의 노광을 완료하기 위하여, 스캐닝 움직임 및 방사선 펄스가 기판(W)에 걸친 연속적인 타겟 위치들에 적용된다.

노광 단계의 수행시 측정 스테이션에서 획득된 정렬 데이터와 높이 맵을 사용함으로써, 이 패턴들은 원하는 위치에 대하여, 그리고 특히 동일 기판 상에 이전에 놓인 피처에 대해서 정확하게 정렬된다. 이제 W"로 표기된 노광된 기판이 단계 220에서 장치로부터 언로딩되어 노광된 패턴에 따라 에칭 또는 다른 공정을 거치게 된다.

숙련된 자는 위의 설명이 실제 제조 상황의 한 예에 수반된 다수의 매우 상세한 단계의 간략화된 개요라는 점을 알 것이다. 예를 들어, 단일 패스로 정렬을 측정하는 것보다는, 흔히 동일한 또는 상이한 마크들을 이용한, 개략적인 측정과 세밀한 측정의 별도 상(phase)들이 있을 것이다. 개략적인 및/또는 세밀한 정렬 측정 단계는 높이 측정 전 또는 후에 수행될 수 있거나, 인터리브(interleaved)될 수 있다.

더 나은 보정이 가능하도록 (예를 들어, 정렬 및 오버레이 계측에서) 웨이퍼당 증가하는 수의 계측 마크를 측정하는 것이 점점 더 바람직해지고 있으며, 그에 의하여 향상된 오버레이 성능의 경과로 이어진다. 현재 대부분의 정렬 및 오버레이 센서는 단일 센서 헤드 유형이다. 현재의 센서 헤드 디자인은 하나보다 많은 이러한 센서 헤드를 계측 도구에 수용하는 것이 매우 어렵다는 것을 의미한다. 센서 헤드들은 전형적으로 너무 크며 서로의 바로 옆에 효율적으로 위치될 수 없다. 이들은 더욱이 너무 고가이다. 이와 같이, 증가된 마크의 수를 측정하는 것은 이 단일 센서 헤드가 각 정렬 마크를 더 빠르게 측정한다는 점 및/또는 웨이퍼당 사용 가능한 측정 시간이 더 많이 있다는 점을 필요로 한다. 그러나 측정 속도에는 항상 실질적인 제한이 있을 것이며, 처리량 요구 사항은 측정 시간을 너무 많이 늘릴 수 없다는 것을 의미한다. 이의 결과는 (인-라인) 정렬 계측을 위해 측정될 수 있는 웨이퍼당 정렬 마크 수에 효과적인 실제 제한이 있다는 것을 의미한다.

그러나 전형적인 수의 마크를 측정할 때 캡처될 수 있는 것보다 더 높은 공간 주파수에서 상당한 웨이퍼 변형이 발생한다. 하나의 특정 예는 웨이퍼-로드-그리드로 인한 변형 (웨이퍼 스테이지 상으로의 웨이퍼의 로딩으로부터 생긴 척킹(chucking) 변형)이다. 이러한 변형은 필드 크기 (예를 들어, 대략 센티미터)의 규모로 발생하며 충분히 캡처하기 위해 수백 개의 정렬 마크를 필요로 한다. 더욱이, 더 많은 마크를 측정함으로써 다른 변형들이 더 잘 캡처될 것이라는 점이 예상된다.

통합형 광학계는 센서 온-칩을 제조함으로써 작고 저렴한 광학 센서를 가능하게 할 수 있는 최신 기술이다. 이러한 통합형 광학계 회로들은 기존 정렬 센서 시스템보다 저렴하고 작다. 또한, 이들은 리소그래피 정확도를 갖고 프린트되며, 따라서 매우 우수한 센서 대 센서 매칭을 가질 것으로 예상된다.

따라서 센서 헤드 어레이에서 복수의 통합형 광학계 센서 헤드를 사용하는 병렬 계측 센서 시스템이 제안된다. 이러한 병렬 계측 센서 시스템은 200개, 300개, 400개 또는 500개보다 많은 정렬 마크 또는 다른 계측 타겟을 (예를 들어, 현재 센서에 대하여 처리량 중립적이 되도록) 허용 가능한 속도로 측정하는 것을 가능하게 할 수 있다.

아래에 자세히 설명된 병렬 계측 센서 시스템은 그 웨이퍼에 대한 노광을 수행하기 전에 웨이퍼 정렬 (예를 들어, 인-라인 웨이퍼 정렬)을 수행하기 위한 병렬 정렬 센서 시스템의 맥락에서 주로 설명될 것이다. 그러나 정렬은 본 명세서의 교시가 적용 가능한 하나의 계측 적용일 뿐이라는 점이 인식되고 이해되어야 해야 한다. 본 명세서에 개시된 병렬 계측 센서 시스템은 다른 응용예(예를 들어, 오버레이 계측, 초점 계측, 임계 치수 계측 등)를 위한 다른 타겟을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, 본 명세서에 개시된 병렬 계측 센서 시스템은 현재 스캐터로미터 또는 간섭계 센서가 현재 사용되는 임의의 계측 응용예, 특히 집적 회로 제조 및/또는 그의 모니터링의 맥락에서 사용될 수 있다.

이 통합형 광학계 센서 헤드들을 병렬 계측 시스템으로 병렬화하는 것은 여러 가지 이유로 간단하지도 않고 사소하지도 않다. 먼저, 필드 크기는 표준이 아니며 로트(lot)마다 변경될 수 있기 때문에 변화하는 필드 크기가 수용된다는 것이 매우 바람직하다. 이는 각 센서 헤드가, 예를 들어 적어도 30㎜의 적절한 범위에 걸쳐 이동 가능해야 한다는 것을 의미한다. 또한, 각 통합형 광학계 센서 헤드의 위치는 (예를 들어, 6 자유도에서) 정렬 마크의 위치와 동일한 정확도 내에서 (예를 들어, 0.1㎚ 이내) 알려져야 한다. 부가적으로, 센서 헤드들은 서로 가까이 위치되어야 하며, 이는 이 통합형 광학계 센서 헤드들에 대한 광학 입력/출력 연결부에 관하여 문제를 야기한다. 이러한 문제를 다루는 다수의 실시예가 설명될 것이다.

도 3은 실시예에 따른 제안된 병렬 계측 시스템을 보여주고 있다. 이 실시예에서, 9개의 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)가 센서 스테이지 배열체를 형성하는 1D 센서 헤드 어레이(SHA)에서 보여지고 있다. 또한 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)에 대한 기준을 지원하고 제공하는 계측 프레임(MF) 또는 기준 프레임의 일부 또한 보여지고 있다. 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)들은 열(column)로 위치되며, 인접한 헤드들 간의 간격은 2㎜ 내지 30㎜, 5㎜ 내지 20㎜, 7㎜ 내지 15㎜ 또는 약 10㎜이다. 센서 헤드는 웨이퍼(W)의 상이한 필드(F) 크기를 수용하기 위해 Y-방향으로 이동 가능할 수 있다. 물론, 컬럼당 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)의 수 또는 1D 어레이는 9개와 다를 수 있다; 예를 들어 센서 헤드 어레이(SHA)는 3 내지 20개의 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH), 5 내지 15개의 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH), 또는 7 내지 12개의 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)를 포함할 수 있다.

부가적으로, 하나 이상의 부가적인 열 또는 1D 또는 2D 센서 헤드 어레이(SHA)를 제공함으로써 더 많은 병렬화가 달성할 수 있다. 이러한 실시예에서, 부가적인 컬럼들 또는 1D/2D 센서 헤드 어레이(SHA)들의 각각은 그 자신의 센서 스테이지 배열체를 포함할 수 있다 (즉, 계측 시스템은 센서 헤드의 1D 어레이 또는 2D 어레이와 같은 상이한 복수의 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)를 각각 포함하는 2개 이상의 개별 스테이지 배열체를 포함할 수 있다). 본 발명의 맥락에서, 센서 스테이지 배열체는 웨이퍼 위에서 그룹으로서 함께 이동 가능한 또는 작동 가능한 복수의 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)를 포함할 수 있으며, 따라서 이러한 작동을 구현하기 위한 필요한 액추에이터를 포함할 수 있다. 아래에 상세히 설명될 바와 같이, 각 스테이지 배열체 내에서, 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)들의 각각은 부가적으로 스테이지 배열체의 작동 범위와 비교하여 제한된 범위에 걸쳐 서로에 관하여 독립적으로 이동 가능할 수 있다.

일부 배열체에서, 기준 프레임이 서로에 대해 개별적으로 이동 가능한 2개 이상의 부분을 포함하도록 기준 프레임을 분할하는 것이 필요할 수 있다. 이 방식으로 각 어레이는 다양한 필드 크기를 수용하기 위해 서로에 대해 이동할 수 있다. 이러한 실시예에서, 어레이들 중 적어도 하나가 기준 프레임 그 자체 (즉, 기준 프레임의 주요 부분) (또는 그의 일부)에 고정되는 것이 제안된다. 다른 센서 어레이들은 각각 계측 프레임의 각각의 이동 가능한 부분으로 구성될 수 있다. 계측 프레임의 이러한 이동 가능한 부분은 충분히 강성으로 만들어질 수 있으며 기준 프레임이 기준으로 작용할 수 있도록 기준 프레임에 잘 연결될 수 있다. 이와 같이, 기준 프레임의 이동 가능한 부분은 이동 후에 기준 프레임 그 자체에 클램핑 (또는 그렇지 않으면 견고하게 연결)될 수 있으며, 따라서 기준 프레임 그 자체에 관하여 그의 위치는 그러면 잘 규정된다. 이와 같이, 기준 프레임 가동 부분은 기준 프레임 그 자체와 동일한 열적 특성, 동일한 기계적 특성 및 동일한 안정성 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 모든 센서 어레이 (또는 단 하나의 어레이)는 이러한 이동 가능한 기준 프레임 부분에 장착될 수 있다.

도 4는 도 3의 배열체를 보다 상세하게 도시하고 있으며, 병렬 계측 센서 시스템의 (부분) 평면도인 도 4a, 정면도인 도 4b, 그리고 측면도인 도 4c를 포함하고 있다. 각 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)는 각각의 헤드 모듈 또는 센서 헤드 슬라이더(SHS)에 부착된다 (이는 도 4a에서는 보여지지 않는다). 센서 헤드 슬라이더(SHS)는 액추에이터 또는 모터 (보이지 않음)의 작동 하에서 Y-방향으로 레일(SHR) 위로 미끄러진다. 이러한 모터는 스테퍼 또는 서보 모터를 포함할 수 있으며 약 30㎜의 스트로크 그리고 약 100㎚의 정확도를 가질 수 있다. 센서 헤드 레일(SHR)은 계측 프레임(MF)과 통합된 것으로 간주될 수 있다. 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH) 칩을 x-방향으로 위치시키기 위해 예를 들어 약 100㎚의 정확도 및 약 1㎛의 범위를 갖는 또 다른 모터가 제공될 수 있다.

통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)는 웨이퍼(W) 상의 계측 타겟 (예를 들어 정렬 마크)(AM)에 의해 산란 또는 회절될 수 있는 측정 방사선(MR)을 방출할 수 있다. 산란 또는 회절 방사선(DF)이 캡처되며 이로부터 센서 헤드 칩 (또는 오프-칩(off-chip)) 상의 판독 시스템은 산란 방사선으로부터 정렬 마크(AM) 위치 (또는 다른 관심 대상 매개변수)를 결정할 수 있다.

계측 프레임(MF)은 웨이퍼(W)와 센서 헤드(IOSH) 사이에 하나 이상의 돌출부, 기준 레일 또는 그리드 플레이트 레일(GPR)을 포함할 수 있다. 각 그리드 플레이트 레일(GPR) 상에는 하나 이상의 기준 구조체 또는 그리드 플레이트(GP)가 제공될 수 있다. 각 그리드 플레이트는 라인들의 그리드 (예를 들어, X 및/또는 Y 방향으로 센서 위치 설정을 가능하게 하는 1D 또는 2D 주기적 구조체)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 그리드 플레이트(GP)들의 피치는 약 1㎛ 정도일 수 있다. 각 그리드 플레이트(GP)는 계측 프레임(MF)으로 직접 에칭될 수 있거나, 다른 재료로부터의 인레이(inlay)를 포함할 수 있다.

그리드 플레이트(GP)는 각 센서 헤드(IOSH)의 위치를 결정하기 위해 센서 헤드 위치 설정 시스템(SHPS)에 의해 사용될 수 있다. 실시예에서, 센서 헤드 위치 설정 시스템(SHPS)은 각 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)가 계측 프레임(MF)에 대하여 (X 방향과 Y 방향 중 하나 또는 둘 모두의) 그 자신의 위치를 판독하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이는 계측 프레임(MF)과 일체화된 기준 구조체 또는 그리드 플레이트(GP)에서 위치 설정 시스템 측정 방사선(PSMR)을 방출하는 센서 헤드에 의해 달성될 수 있다. 결과적인 위치 설정 시스템 회절 방사선(PSDF)이 수집되며 판독 시스템 온 칩 (또는 오프-칩)은 센서 헤드 위치를 결정한다. 이러한 판독 시스템은 칩의 주요 계측 센서 부분의 시스템과 유사할 수 있으며, 따라서 (예를 들어 약 0.1㎚의) 유사한 정확도를 가질 수 있다. 판독 시스템은 단지 하나의 파장-피치 조합을 지원할 수 있다는 점에서 주 계측 시스템보다 덜 복잡할 수 있는 반면, 주 계측 시스템은 현재의 계측/정렬 센서에 의해 제공되는 것과 같은 다수의 파장-피치 조합에 대한 지원을 제공할 수 있다. 센서와 그리드 플레이트가 서로 가깝기 때문에 공기 변동이 큰 영향을 미칠 가능성은 낮다.

선택적으로, 검출기 (보이지 않음)가 제공되어 그리드 플레이트(GP)에 대한 z-높이를 측정할 수 있다. 이는 센서 헤드 광학 칩(IOSH)의 기울어짐이 현장에서(in-situ) 측정되는 것을 가능하게 하는 장점을 갖는다. 초점 오차와 함께 기울어짐은 정렬 정확도에 큰 기여를 한다; 레벨링 정보와 함께 기울어짐을 특정함으로써 이 오차를 보정하는 것이 가능하다.

광섬유(OF)는 측정 방사선(MR, PSMR)을 각 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)로 전송하며 칩에서 산란/회절광(DF, PSDF)를 추출한다.

도 5는 작동 세부 사항과 함께, 도 4에 도시된 병렬 계측 센서 시스템을 보여주고 있다. 한번 더, 도 5는 평행 계측 센서 시스템의 (도 5a) (부분) 평면도, (도 5b) 정면도 및 (도 5c) 측면도를 포함한다. 작동은 각 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)가 10㎜ 내지 50㎜, 또는 20㎜ 내지 40㎜ (예를 들어, 약 30㎜)의 범위에 걸쳐 100㎚ 미만의 정확도를 갖고 Y 방향으로 이동할 수 있도록 될 수 있다.

각 통합형 광학계 센서 헤드(IOSH)는 센서 헤드 모듈 또는 슬라이더(SHS)에 부착될 수 있다 (이번에는 도 5a의 평면도에서 보여진다). 각 슬라이더는 상보적인 나사형 빔(TB) 위로 이동하는 내부 나사부를 포함하는 제1 작동 배열체를 포함할 수 있으며, 따라서 (예를 들어, 나사형 빔 액추에이터(TBA)를 사용하여) 빔(TB)을 회전시킴으로써 슬라이더(SHS)는 이동한다. 더욱이, 각 슬라이더는 다른 슬라이더의 빔을 통과시키기 위하여 명확한 구멍을 가질 수 있다. 이 후자의 특징이 도 5b에서 보여지고 있으며, 여기서 나사형 빔(TB‘)은 보여지는 슬라이더(SHS)를 작동시키고 있으면서 다른 나사형 빔(TB)은 컷-아웃 구멍을 통과하고 있다. 이러한 방식으로 각 센서 헤드(IOSH) (또는 적어도 어레이의 각 종단에서 있는 종단 센서 헤드들 사이의 센서 헤드들)은 독립적으로 작동될 수 있다. 센서 헤드 위치 설정 시스템(SHPS)은 각각의 액추에이터(TBA)에 대한 피드백을 위해 사용될 수 있다. 특정 예로서, 빔(TB)은 1/2000 턴 (0.18도)이 100㎚ 시프트를 야기하도록 200㎛의 나사부를 가질 수 있다. 액추에이터(TBA)는 서보(servo) 모터 또는 피에조(piezo) 모터를 포함할 수 있다. 나사형 빔(TB)은 보여지는 바와 같이 양쪽 측면보다는 센서 헤드 위의 위치에서 슬라이더(SHS) 내에 수용될 수 있으며, 그에 의하여 시스템을 X-방향으로 더욱 콤팩트하게 만든다는 점이 인식될 수 있다.

X-방향으로의 각 센서 헤드의 작동은, 예를 들어 슬라이더(SHS)의 2개의 섹션 (하나는 센서 헤드(SH)를 포함함) 사이 또는 슬라이더(SHS)와 센서 헤드(SH) 사이의 가요성 결합부 또는 굴곡부(FX)와 자석-코일(MC) 조합을 포함하는 제2 작동 배열체를 통하여 제공될 수 있다. 코일(MC)은 (도 5b에서 보여지는 바와 같이) 슬라이더 자체에 또는 계측 프레임(MF) 내부에 위치할 수 있다. 계측 프레임(MF) 내부에 위치하는 경우, 냉각 시스템 (예를 들어, 수냉)이 제공될 수 있다. 코일 전류는 센서 헤드 위치 설정 시스템(SHPS)의 피드백 루프에 의해 결정될 수 있다. X-방향의 제어는 100㎚ 미만의 정확도로 0.5㎛보다 큰 범위 (예를 들어, 0.5㎛ 내지 2㎛ 사이 또는 약 1㎛)를 커버할 수 있다.

다른 작동 방법 또한 가능하다. 예를 들어, X 및 Y 방향 중 하나의 방향 또는 모두로의 작동이 센서 헤드 로렌츠(Lorentz) 모터를 사용하여 수행될 수 있으며, 따라서 센서 헤드 칩은 자기장 내에서 호버(hover)된다.

통합형 광학계 센서 헤드들 각각은 광 및 파워/통신 케이블을 구비할 필요가 있다. 예를 들어, 광섬유와 전자 케이블은 슬라이더 위로 안내될 수 있다. 파워/통신 케이블은 비교적 간단하게 통합형 광학계 센서 헤드에 연결될 수 있지만 광섬유 결합은 제한된 굽힘 반경으로 인하여 더 큰 어려움을 나타낸다. 특히, 케이블은 각 센서 헤드의 이동 범위 (예를 들어, 30㎜)를 허용하기 위하여 충분한 여유(slack)를 가져야 한다. 이와 같이, 센서 헤드의 간격으로 인하여 광섬유에서 센서 헤드 칩까지의 광학 연결부는 10㎜ 미만이어야 한다. 그러나 표준 측면 연결은 일반적으로 ~20㎜보다 큰 광섬유의 큰 굽힘 반경 때문에 문제가 된다. 5㎜에 가까운 굽힘 반경을 갖는, 굽힘에 민감한 섬유가 있다. 그러나 이 섬유가 사용될지라도 센서 헤드들 사이의 간격이 감소될 때 이는 문제점을 유지한다. 이와 같이, 센서 헤드 표면에 ~90도로 연결된 광섬유가 선호된다.

광섬유의 측면 연결은 센서 헤드 칩에 광을 결합하기 위한 가장 효율적인 방법이며, 따라서 광섬유 종단은 센서 헤드에 평행하게 도입된다. 그러나 최소 굽힘 반경 그리고 제안된 센서 헤드 간격은 표준 측면 연결을 불가능하게 할 것이다. 더욱이, 광섬유는 그리드 플레이트를 오염시킬 것이며 및/또는 기준 프레임과 센서 헤드 사이의 간격이 지나치게 제한될 수 있기 때문에 광섬유는 센서 헤드 칩의 X-방향으로 칩을 떠날 수 없다. 광섬유는 또한 그의 굽힘 반경이 너무 크기 때문에 표준 격자 커플링을 사용할 수 없으며, 이는 광섬유가 웨이퍼와 접촉할 것임을 의미한다.

따라서, 약 90도 (예를 들어, 70도보다 큰, 80도보다 큰 또는 85도보다 큰 및/또는 95도 이하, 100도 이하 또는 110도 이하)의 각도로 광섬유로부터 통합형 광학계 칩으로의 또는 그 반대로의 방사선의 결합을 가능하게 하는 방법이 개시될 것이다. 90도 미만의 각도는 광섬유가 센서 헤드 모듈을 통과하는 것을 의미할 수 있으며 이는 바람직하지 않다는 것을 주목한다. 따라서 각도는 광섬유가 센서 헤드 모듈을 통과하지 않는 것일 수 있다. 이 방법은 도 6에 설명되어 있으며, UV/가시광선/IR 파장에 적용 가능하다.

도 6a는 광학 칩(IOSH)의 에지 커플러(EC)와 광섬유(OF)의 입력 또는 출력 종단 사이에 (적절하게) 부가적인 방사선 조향 구성 요소(RSC)가 제공되는 광섬유(OF) 결합 실시예를 개시하고 있다. 방사선 조향 구성 요소(RSC)는 대략 90도 방향을 통해 광섬유(OF)로부터의 방사선을 조향시키는 기능을 갖는다. 방사선 조향 구성 요소(RSC)는, 예를 들어 90도의 각도 하에서 광을 조향시키는 미러형 표면을 포함할 수 있다. 미러형 표면은 집속 거동을 갖고 있어 결합 효율을 향상시키킬 수 있다. 광섬유(들)는 이 방사선 조향 구성 요소(RSC)에 장착될 수 있으며, 이는 구성 요소는 이후 광학 칩(IOSH)의 측면에 장착된다. 그 후 칩으로부터의 광이 광섬유에 결합되고 또한 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 예를 들어, 다른 방사선 조향 구성 요소(RSC)는 반사 프리즘을 포함할 수 있다.

도 6b는 광섬유(OF) 자체가 원하는 직각 결합을 위해 구성되는 광섬유(OF) 결합 실시예를 개시하고 있다. 이러한 실시예에서, 광섬유는 각도 절단 종단(ACE)을 포함하도록 각도 하에서 절단 또는 연마될 수 있다. 이 각도 절단 종단(ACE)에서의 내부 반사는 방사선이 섬유 코어에 대해 약 90도의 각도로 광섬유(OF)에서 나가도록 한다. 그후 광섬유는 통합형 광학계 칩(IOSH)의 에지 컨넥터(EC)에 평각(straight angle)으로 부착될 수 있다. 에지 컨넥터는 별도의 구성 요소가 아닌, 칩(IOSH) 상의 다른 광학 구성 요소에 연결된 도파관을 포함할 수 있다는 점을 주목한다.

도 6c는 관통-실리콘 (또는 칩이 포함하는 모든 재료) 광학 비아를 기반으로 하는 광섬유(OF) 결합 실시예를 개시한다. 광섬유(OF)가 배면으로부터 광학 층에 가깝게 도입될 수 있도록 광학 칩(IOSH)은 최하부로부터 에칭될 수 있다. 광학 층에, 광을 칩 평면 안으로 또는 밖으로 결합시키기 위한 격자 커플러(GC)가 있다. 비아는 슬라이더/센서 헤드 모듈(SHS) 몸체를 통하여 그리고 칩 재료의 대부분 (전부는 아님)을 통해 에칭될 수 있다. 이와 같이, 방사선은 광섬유(OF)와 격자 커플러(GC) 사이의 칩 재료의 작은 멤브레인을 통해 이동해야 할 것이지만, 이는 방사선에 대한 손실을 낮게 만들 수 있다. 비아의 에칭은, 예를 들어 반응성 이온 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 실시예에서는 광섬유(OF)가 기울어질 수 있으며 따라서 광섬유가 격자 커플러에 대해 작은 기울기를 갖게 된다는 점을 주목한다. 이 실시예의 변형은 광학 칩(IOSH) 각 측면을 소량 (예를 들어, 약 100㎛) 연장하는 것 및 격자 커플러를 칩의 이 연장된 에지들에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 격자 커플러는 예시된 실시예에서와 같이 멤브레인 상에 여전히 포함될 수 있다. 이 변형의 장점은 슬라이더(SHS)를 통해 에칭할 필요가 없다는 것이다.

또 다른 결합 대안은 광섬유가 조립체의 측면을 통해 들어가도록 광섬유를 계측 프레임의 채널을 통해 안내하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널은 도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같이 계측 프레임의 양 측면에서 나오는, 계측 프레임을 통해 센서 헤드(IOSH)와 같은 높이에 제공될 수 있다. 그러나 이는 계측 프레임을 절단하는 것을 포함하며, 그에 의하여 그의 기계적 안정성을 약화시킨다. 적외 측정 방사선이 사용될 때 도 6c에 도시된 실시예에 특히 적용 가능한 또 다른 대안은 칩을 통해 방사선을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 그러나 이는 광이 칩에 들어감에 따라 반사 손실로 이어진다 (실리콘은 적외선에 대해 투명하고 칩 내부에서의 손실은 무시해도 될 정도일 것이지만, 반사로 인하여 입구에서 손실이 있을 것이다).

또 다른 실시예에서, 각 센서 헤드는 칩으로의 및/또는 칩으로부터의 광섬유 연결에 대한 필요성을 제거하기 위해, 예를 들어 전기적 연결만이 요구되도록 온-칩(on-chip) 광원 및/또는 검출기를 구비할 수 있다.

10개의 센서 헤드의 단일 컬럼을 포함하는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 이러한 병렬 계측 센서 시스템은 약 75㎳ 내에 (스테이지 이동을 포함하는) 각 병렬 측정을 수행할 수도 있다. 이와 같이, 6초의 전형적인 현재 세밀한 웨이퍼 정렬 시간 내에서, 처리량에 영향을 주지 않고 80개의 스테이지 위치 그리고 따라서 10*80=800개의 정렬 마크가 잠재적으로 측정될 수 있다. 물론, 사용된 샘플링 스킴 그리고 웨이퍼의 에지에서 측정을 수행할 필요성과 같은, 측정 속도에 영향을 미치는 다른 제한 사항도 있을 것이다.

본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 점이 인식될 것이다.

위에서는 광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예의 이용에 대한 구체적인 참조가 이루어질 수 있었지만, 본 발명은 예를 들어 임프린트 리소그래피와 같은 다른 응용예에 이용될 수 있으며 또한, 문맥이 허용하는 경우 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 점이 인식될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스에서의 토포그래피는 기판 상에 생성되는 패턴을 규정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층으로 가압될 수 있으며, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후 레지스트에서 이동되어 레지스트에 패턴을 남겨둔다.

본 명세서에서 사용된 용어 "방사선" 및 "빔"은 (예를 들어, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126㎚의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 1 내지 100㎚의 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선을 포함한다.

문맥이 허용하는 경우, 용어 "렌즈"는 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형 및 정전형 광학 구성 요소를 포함하는 다양한 유형의 광학 구성 요소 중 임의의 하나 또는 조합을 지칭할 수 있다. 반사형 구성 요소는 UV 및/또는 EUV 범위에서 작동하는 장치에 사용될 가능성이 있다.

본 발명의 실시예는 다음의 조항에 의하여 더 설명될 수 있다.

1. 병렬 계측 센서 시스템은;

기준 프레임; 및

독립적인 측정을 수행하도록 각각 구성된 복수의 통합형 광학계 센서 헤드들을 포함하며;

광학계 센서 헤드들의 각각은 기준 프레임에 대한 그의 위치를 측정하도록 작동 가능하다.

2. 조항 1에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각은 기준 프레임에 대한 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드의 위치를 측정하기 위한 각각의 센서 헤드 위치 설정 시스템을 포함한다.

3. 조항 2에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 각 센서 헤드 위치 설정 시스템은 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드로부터 위치 설정 시스템 측정 방사선을 방출하도록 그리고 각각의 통합형 광학계 센서 헤드를 통해, 상기 기준 프레임 상의 기준 구조체로부터 산란된 산란 방사선을 캡처하도록 작동 가능하다.

4. 조항 3에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 기준 구조체는 상기 기준 프레임에 에칭되거나 내장되거나 부착된 1차원 또는 2차원 주기적 구조를 포함한다.

5. 조항 2, 3 또는 4에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 센서 헤드 위치 설정 시스템은 기판 평면과 평행한 각 방향으로 기준 프레임에 대해 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드의 위치를 측정하도록 작동 가능하다.

6. 조항 2 내지 5 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 센서 헤드 위치 설정 시스템은 기판 평면에 수직인 방향으로 기준 프레임에 대해 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드의 위치를 측정하도록 작동 가능하다.

7. 조항 1 내지 6 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템은,

상기 복수의 통합형 광학계 센서 헤드들을 위한 적어도 하나의 스테이지 배열체를 더 포함하며;

상기 적어도 하나의 스테이지 배열체는 통합형 광학계 센서 헤드들 사이의 간격이 변화되는 것을 가능하게 한다.

8. 조항 7에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 적어도 하나의 스테이지 배열체는 각 통합형 광학계 센서 헤드를 위한 각각의 센서 헤드 모듈을 포함하며, 상기 센서 헤드 모듈은 독립적으로 이동 가능하여, 그에 의하여 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각이 기판 평면과 평행한 적어도 제1 방향으로 독립적으로 이동되는 것을 가능하게 한다.

9. 조항 8에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 복수의 통합형 광학계 센서 헤드들은 상기 적어도 하나의 스테이지 배열체의 각 스테이지 배열체에 대해 상기 제1 방향을 따라 1차원 어레이로 배열된다.

10. 조항 8 또는 9에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 센서 헤드 모듈들의 각각은 상기 센서 헤드 모듈을 상기 제1 방향으로 이동시키기 위한 각각의 제1 액추에이터 배열체를 포함한다.

11. 조항 10에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 제1 액추에이터 배열체는 내부 스크류 나사부, 상기 내부 스크류 나사부에 상보적인 나사형 빔(threaded beam), 및 나사형 빔을 빔을 회전시키기 위한 액추에이터를 포함한다.

12. 조항 8 내지 11 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 적어도 하나의 스테이지 배열체는 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각이 기판 평면과 평행한 각 방향으로 독립적으로 이동되는 것을 가능하게 한다.

13. 조항 12에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 센서 헤드 모듈들의 각각은 상기 센서 헤드 모듈을 상기 제2 방향으로 이동시키기 위한 각각의 제2 액추에이터 배열체를 포함한다.

14. 조항 13에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 제2 액추에이터 배열체는 통합형 광학계 센서 헤드와 계측 프레임에 의해 지지되는 센서 헤드 모듈의 적어도 일부분 사이의 위치에 코일 및 자석 배열체 그리고 가요성 결합부를 포함한다.

15. 조항 7 내지 14 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 각각의 적어도 하나의 스테이지 배열체는 3개 내지 20개의 통합형 광학계 센서 헤드를 포함한다.

16. 조항 7 내지 14 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 각각의 적어도 하나의 스테이지 배열체는 5개 내지 15개의 통합형 광학계 센서 헤드를 포함한다.

17. 조항 7 내지 16 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템은 복수의 상기 스테이지 배열체를 포함한다.

18. 조항 1 내지 17 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각은 측정 방사선을 상기 통합형 광학계 센서 헤드로 전송하기 위해 및/또는 상기 통합형 광학계 센서 헤드로부터의 측정 신호를 전송하기 위해 하나 이상의 광섬유를 포함하며, 상기 하나 이상의 광섬유의 각각은 70도 내지 110도의 결합 각도로 광섬유를 상기 통합형 광학계 센서 헤드에 광학적으로 결합하도록 작동 가능한 광학 결합 배열체를 포함한다.

19. 조항 18에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 광학 결합 배열체는 상기 결합 각도 하에서 방사선을 조향하기 위한 방사선 조향 구성 요소를 포함한다.

20. 조항 19에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 방사선 조향 구성 요소는 미러형 표면 또는 프리즘을 포함한다.

21. 조항 18에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 광학 결합 배열체는 상기 광섬유가 상기 결합 각도를 통해 방사선을 방출 및/또는 수집하도록 광섬유의 비스듬히 절단된 또는 연마된 종단을 포함한다.

22. 조항 19 내지 17 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 광학 결합 배열체는 상기 방사선을 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드 안으로 및/또는 밖으로 결합시키기 위한 에지 커플러를 포함한다.

23. 조항 18에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 광학 결합 배열체는 각 광섬유가 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드의 배면을 통하여 전해지도록(routed) 관통-비아 배열체를 포함한다.

24. 조항 23에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 상기 광학 결합 배열체는 상기 방사선을 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드 안으로 또는 밖으로 결합시키기 위한 격자 커플러를 포함한다.

25. 조항 1 내지 24 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 병렬 계측 센서 시스템은 정렬 센서를 포함한다.

26 기판 상의 패턴을 노광시키도록 작동 가능한 리소그래피 노광 장치에서, 상기 리소그래피 노광 장치는 상기 기판 상에서의 노광을 수행하기 전에 상기 기판의 정렬을 수행하기 위한, 조항 25에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템을 포함한다.

27. 조항 1 내지 24 중 어느 한 조항에서와 같은 병렬 계측 센서 시스템에서, 병렬 계측 센서 시스템은 오버레이, 초점 및/또는 임계 치수 계측 디바이스를 포함한다.

본 발명의 폭과 범위는 위에서 설명한 예시적인 실시예 중 임의의 것에 의하여 제한되어서는 안되며, 다음의 청구범위 그리고 그의 등가물에 따라서만 규정되어야 한다.

Claims

병렬 계측 센서 시스템에 있어서,
기준 프레임; 및
독립적인 측정을 수행하도록 각각 구성된 복수의 통합형 광학계 센서 헤드들을 포함하며;
상기 광학계 센서 헤드들의 각각은 상기 기준 프레임에 대한 그의 위치를 측정하도록 작동 가능한 병렬 계측 센서 시스템.
제1항에 있어서, 상기 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각은 상기 기준 프레임에 대한 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드의 위치를 측정하기 위한 각각의 센서 헤드 위치 설정 시스템을 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제2항에 있어서, 각 센서 헤드 위치 설정 시스템은 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드로부터 위치 설정 시스템 측정 방사선을 방출하도록 그리고 상기 각각의 통합형 광학계 센서 헤드를 통해, 상기 기준 프레임 상의 기준 구조체로부터 산란된 산란 방사선을 캡처하도록 작동 가능한 병렬 계측 센서 시스템.
제3항에 있어서, 상기 기준 구조체는 상기 기준 프레임에 에칭되거나 내장되거나 부착된 1차원 또는 2차원 주기적 구조를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 센서 헤드 위치 설정 시스템은 기판 평면과 평행한 각 방향으로 상기 기준 프레임에 대한 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드의 위치를 측정하도록 작동 가능한 병렬 계측 센서 시스템.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 헤드 위치 설정 시스템은 기판 평면에 수직인 방향으로 상기 기준 프레임에 대한 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드의 위치를 측정하도록 작동 가능한 병렬 계측 센서 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 통합형 광학계 센서 헤드들을 위한 적어도 하나의 스테이지 배열체를 더 포함하며;
상기 적어도 하나의 스테이지 배열체는 상기 통합형 광학계 센서 헤드들 사이의 간격이 변화되는 것을 가능하게 하는 병렬 계측 센서 시스템.
제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스테이지 배열체는 각 통합형 광학계 센서 헤드를 위한 각각의 센서 헤드 모듈을 포함하며, 상기 센서 헤드 모듈은 독립적으로 이동 가능하여, 그에 의하여 상기 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각이 기판 평면과 평행한 적어도 제1 방향으로 독립적으로 이동되는 것을 가능하게 하는 병렬 계측 센서 시스템.
제8항에 있어서, 각각의 상기 센서 헤드 모듈은 상기 센서 헤드 모듈을 상기 제1 방향으로 이동시키기 위한 각각의 제1 액추에이터 배열체를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스테이지 배열체는 상기 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각이 기판 평면과 평행한 각 방향으로 독립적으로 이동되는 것을 가능하게 하는 병렬 계측 센서 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통합형 광학계 센서 헤드들의 각각은 측정 방사선을 상기 통합형 광학계 센서 헤드로 전송하기 위해 및/또는 상기 통합형 광학계 센서 헤드로부터의 측정 신호를 전송하기 위해 하나 이상의 광섬유를 포함하며, 상기 하나 이상의 광섬유의 각각은 70도 내지 110도의 결합 각도로 상기 광섬유를 상기 통합형 광학계 센서 헤드에 광학적으로 결합하도록 작동 가능한 광학 결합 배열체를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제11항에 있어서, 상기 광학 결합 배열체는 상기 결합 각도 하에서 방사선을 조향하기 위한 방사선 조향 구성 요소를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제11항에 있어서, 상기 광학 결합 배열체는 상기 광섬유가 상기 결합 각도를 통해 방사선을 방출 및/또는 수집하도록 상기 광섬유의 비스듬히 절단된 또는 연마된 종단을 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 광학 결합 배열체는 상기 방사선을 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드 안으로 및/또는 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드로부터 밖으로 결합시키기 위한 에지 커플러를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제11항에 있어서, 상기 광학 결합 배열체는 각 광섬유가 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드의 배면을 통하여 전해지도록(routed) 관통-비아 배열체를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제15항에 있어서, 상기 광학 결합 배열체는 상기 방사선을 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드 안으로 또는 그의 각각의 통합형 광학계 센서 헤드로부터 밖으로 결합시키기 위한 격자 커플러를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병렬 계측 센서 시스템은 정렬 센서를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.
기판 상의 패턴을 노광시키도록 작동 가능한 리소그래피 노광 장치에 있어서, 상기 기판 상에서의 노광을 수행하기 전에 상기 기판의 정렬을 수행하기 위한, 제17항에 따른 병렬 계측 센서 시스템을 포함하는 리소그래피 노광 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병렬 계측 센서 시스템은 오버레이, 초점 및/또는 임계 치수 계측 디바이스를 포함하는 병렬 계측 센서 시스템.