KR20240036031A - 계측 방법 및 계측 디바이스 - Google Patents
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Abstract
측정 방사선을 이용하여 샘플을 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스 및 연관된 방법이 개시된다. 계측 디바이스는: 측정 방사선을 샘플로 전파시키도록 동작가능한 조명 브랜치; 상기 측정 방사선에 의한 샘플의 조명의 결과로서 상기 샘플로부터 산란된, 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 전파시키도록 동작가능한 검출 브랜치; 및 상기 조명 브랜치 또는 상기 검출 브랜치 중 한쪽의 브랜치 내의 분산 배열체를 포함한다. 분산 배열체는 상기 측정 방사선에 대한 파장 값들의 범위에 걸쳐서 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에 유지시키도록 배치된다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본원은 2021 년 6 월 23일에 출원된 EP 출원 제 21187352.6 및 2021 년 7 월 29 일에 출원되고 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합되는 EP 출원 제 21188484.6에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 기판 상의 구조체의 특성을 결정하기 위해 적합한 계측 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판에 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는 예를 들어 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크)에서의 패턴("디자인 레이아웃" 또는 "디자인"이라고도 불림)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 위에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층에 투영시킬 수 있다.
기판에 패턴을 투영하기 위하여, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장이 기판 상에 형성될 수 있는 피쳐의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 통상적인 파장은 365 nm(i-라인), 248 nm, 193 nm 및 13.5 nm이다. 4 - 20 nm의 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm에 속하는 파장을 가지는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193 nm의 파장을 가지는 전자기 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 더 작은 피쳐를 기판 위에 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수의 피쳐를 처리하기 위하여 저-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 공식은 CD = k1×λ/NA로 표현될 수 있는데, λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학기의 개구수이며, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄된 최소 피쳐 크기이지만 이러한 경우에는 하프-피치임)이고, k1은 경험적 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 더 작을 수록 특정한 전기적 기능성과 성능을 얻기 위해서 회로 디자이너에 의하여 계획된 형상과 치수를 닮은 패턴을 기판 상에 재현하는 것은 더 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 복잡한 미세-튜닝 단계들이 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이것은 NA, 맞춤화된 조명 방식, 위상 시프트 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 정정(optical proximity correction; OPC, 가끔 "광학 및 프로세스 정정"이라고도 불림)의 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기법(resolution enhancement techniques; RET)"이라고 규정되는 다른 방법을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또는, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.
리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 스캐닝 전자 현미경 또는 산란계와 같이 다양한 형태의 계측 장치 포함하는, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 이러한 툴을 가리키기 위한 일반적인 용어는 계측 장치 또는 검사 장치일 수 있다.
계측 디바이스는 계산적으로 취출된 위상을 사용하여 수차 정정을 계측 디바이스에 의해 캡쳐된 이미지에 적용할 수 있다. 이러한 계측 디바이스는 가간섭성 또는 부분 가간섭성 조명을 사용하고 있는 것으로 설명된다. 이러한 디바이스 내에서 비간섭성 방사선을 사용하는 것이 바람직할 것이다; 그러나 그러면 훨씬 더 큰 조명 NA가 요구된다.
본 발명의 실시형태는 청구항 및 발명의 상세한 설명에 개시된다.
본 발명의 제 1 양태에서, 측정 방사선을 이용하여 샘플을 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스로서, 측정 방사선을 샘플로 전파시키도록 동작가능한 조명 브랜치; 상기 측정 방사선에 의한 상기 샘플의 조명의 결과로서 상기 샘플로부터 산란된, 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 전파시키도록 동작가능한 검출 브랜치; 및 상기 조명 브랜치 또는 상기 검출 브랜치 중 한쪽의 브랜치 내의 분산 배열체를 포함하고, 상기 분산 배열체는, 상기 측정 방사선에 대한 파장 값들의 범위에 걸쳐서 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에 유지시키도록 배치된, 계측 디바이스가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에서, 측정 방사선을 이용하여 샘플을 측정하는 방법으로서, 측정 방사선을 상기 샘플로 전파시키는 단계; 상기 측정 방사선에 의한 상기 샘플의 조명의 결과로서 상기 샘플로부터 산란된, 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 캡쳐하는 단계; 및 상기 측정 방사선에 대한 파장 값들의 범위에 걸쳐서 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에 유지시키기 위하여 상기 측정 방사선 또는 상기 산란 방사선을 분산시키는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법이 제공된다.
본 발명의 실시형태는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 이제 예시하는 방식으로만 설명될 것이다:
- 도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 3은 반도체 제조를 최적화하는 데에 중요한 세 가지 기술들 사이의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 표현을 도시한다;
- 도 4는 산란측정 장치의 개략도이다;
- 도 5는, (a) 제 1 쌍의 조명 개구부를 사용하여 본 발명의 실시예에 따라서 타겟을 측정하는 데에 사용되기 위한 암시야 산란계의 개략도, (b) 조명의 주어진 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부사항, (c) 회절 기초 오버레이(diffraction based overlay) 측정을 위하여 산란계를 사용하는 경우의 추가적인 조명 모드를 제공하는 제 2 쌍의 조명 개구부, 및 (d) 제 1 및 제 2 쌍의 개구부들을 결합하는 제 3 쌍의 조명 개구부를 포함한다;
- 도 6의 (a)는 본 발명의 실시형태에 따라서 타겟을 측정하는 데에 사용되기 위한 계측 디바이스의 개략도를 포함하고; (b)는 도 6의 (a)의 계측 디바이스의 조명 브랜치를 통한 전파를 예시하는 흐름도를 포함한다;
- 도 7의 (a)는 조명 브랜치 내에 프리즘을 포함하는 대안적인 계측 디바이스의 조명 브랜치를 통한 전파를 예시하는 흐름도이고, (b)는 대안적인 프리즘 배열체이다; 그리고
- 도 8은 본 명세서에 개시된 바와 같은 시스템 및/또는 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 시스템의 블록도를 도시한다.
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- 도 5는, (a) 제 1 쌍의 조명 개구부를 사용하여 본 발명의 실시예에 따라서 타겟을 측정하는 데에 사용되기 위한 암시야 산란계의 개략도, (b) 조명의 주어진 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부사항, (c) 회절 기초 오버레이(diffraction based overlay) 측정을 위하여 산란계를 사용하는 경우의 추가적인 조명 모드를 제공하는 제 2 쌍의 조명 개구부, 및 (d) 제 1 및 제 2 쌍의 개구부들을 결합하는 제 3 쌍의 조명 개구부를 포함한다;
- 도 6의 (a)는 본 발명의 실시형태에 따라서 타겟을 측정하는 데에 사용되기 위한 계측 디바이스의 개략도를 포함하고; (b)는 도 6의 (a)의 계측 디바이스의 조명 브랜치를 통한 전파를 예시하는 흐름도를 포함한다;
- 도 7의 (a)는 조명 브랜치 내에 프리즘을 포함하는 대안적인 계측 디바이스의 조명 브랜치를 통한 전파를 예시하는 흐름도이고, (b)는 대안적인 프리즘 배열체이다; 그리고
- 도 8은 본 명세서에 개시된 바와 같은 시스템 및/또는 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 시스템의 블록도를 도시한다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외 방사선(예를 들어 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 가지는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5-100 nm 범위의 파장을 가지는 극자외 방사선)를 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 망라하도록 사용된다.
"레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 본 명세서에서 채용될 때, 인입하는 방사선 빔에 기판의 타겟부 내에 생성될 패턴에 대응하여 패터닝된 단면을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 일반적 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. "광 밸브(light valve)"라는 용어도 이러한 콘텍스트에서 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과성 또는 반사형; 이진, 페이즈-시프트, 하이브리드 등) 외에, 다른 이러한 패터닝 디바이스들의 예에는 프로그램가능 미러 어레이 및 프로그램가능 LCD 어레이가 포함된다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기(IL)라고도 불림), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 마스크(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판 지지대를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 지지대(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
동작 시에, 조명 시스템(IL)은 방사선 빔을 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하며, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절식, 반사, 자기적, 전자기, 정전기 및/또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 조명기(IL)는 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)의 평면 상에 그 단면에서 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템(PS)"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적절한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 애너모픽(anamorphic), 자기식, 전자기식, 및/또는 정전식 광학 시스템, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템(PS)"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는, 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있으며 이것은 침지 리소그래피라고도 불린다. 침지 기법에 대한 더 많은 정보가 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 US6952253에 제공된다.
리소그래피 장치(LA)는 둘 이상의 기판 지지대(WT)를 가지는 타입일 수도 있다("듀얼 스테이지"라고도 불림). 이러한 "다중 스테이지" 머신에서, 기판 지지대(WT)는 병렬적으로 사용될 수 있고, 및/또는 기판(W)의 후속 노광을 준비하는 단계들이 기판 지지대(WT) 중 하나 상에 위치될 수 있는 반면에, 다른 기판 지지대(WT) 상의 다른 기판(W)은 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광시키기 위해서 사용되고 있다.
기판 지지대(WT)에 추가하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 홀딩하도록 구성된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 속성 또는 방사선 빔(B)의 속성을 측정하도록 구성될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 홀딩할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 부분, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 부분 또는 침지액을 제공하는 시스템의 부분을 세정하도록 구성될 수 있다. 측정 스테이지는, 기판 지지대(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 멀어질 때 투영 시스템(PS) 아래에서 이동할 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스, 예를 들어 지지 구조체(MT) 상에 홀딩되는 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스(MA) 상에 있는 패턴(디자인 레이아웃)에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 있는 상이한 타겟부들(C)을 포커싱되고 정렬된 위치에 위치설정하기 위하여, 기판 지지대(WT)가 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 디바이스(PM) 및 가능하게는 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)가, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들(P1, P2)이 전용 타겟부들 점유하지만, 이들은 타겟부들 사이의 공간에 위치될 수도 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 타겟부들(C) 사이에 위치되면 스크라이브 레인 정렬 마크라고 알려져 있다.
도 2에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 (리소)클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있고, 이는 또한 기판(W) 상에서 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는, 예를 들어 레지스트층 내의 솔벤트를 조절하기 위해서 예를 들어 기판(W)의 온도를 조절하기 위하여, 레지스트층을 증착하기 위한 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate; CH), 및 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이들을 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은, 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 검사 툴(미도시)이 리소셀(LC) 내에 포함될 수 있다. 오차가 검출되면, 특히 검사가 동일한 배치 또는 로트의 다른 기판(W)이 여전히 노광되거나 처리되어야 하기 전에 이루어진다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 프로세스 단계에 조절이 이루어질 수 있다.
계측 장치라고도 불릴 수 있는 검사 장치가, 기판(W)의 속성, 및 구체적으로 상이한 기판(W)의 속성이 또는 동일 기판(W)의 상이한 층과 연관된 속성이 층에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 사용된다. 또는, 검사 장치는 기판(W) 상의 결점을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있으며, 또는 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있고, 또는 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 반-잠상(노광후 베이크 단계(PEB) 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광되거나 비노광된 부분이 제거되었음), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후)의 속성을 측정할 수 있다.
통상적으로, 리소그래피 장치(LA) 내에서의 패터닝 프로세스는, 기판(W) 상의 구조체의 높은 치수 및 배치 정확도를 요구하는, 처리 중 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위하여, 개략적으로 도 3에서 도시되는 것과 같은 소위 "홀리스틱" 제어 환경에서 세 가지 시스템이 통합될 수 있다. 이러한 시스템 중 하나는 계측 툴(MET)(제 2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제 3 시스템)에 (가상적으로) 연결되는 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 중요한 점은, 전체 프로세스 윈도우를 개선하고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행되는 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 보장하기 위한 엄격 제어 루프를 제공하기 위하여, 이러한 세 개의 시스템들 사이의 협력을 최적화하는 것이다. 프로세스 윈도우는 그 안에서 특정한 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어 기능성 반도체 디바이스)를 제공하는 프로세스 파라미터(예를 들어 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 통상적으로 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터는 그 안에서 변할 수 있다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 사용할 분해능 향상 기법을 예측하기 위하여 패터닝될 디자인 레이아웃(또는 그 일부)을 사용하고, 어떤 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 최대 전체 프로세스 윈도우를 획득하는지를 결정하기 위하여(도 3에서 제 1 스케일(SC1)에서의 이중 화살표로 도시됨) 계산적 리소그래피 시뮬레이션 및 연산을 수행할 수 있다. 통상적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구현된다. 컴퓨터 시스템(CL)은, 예를 들어 최적에 미달하는 처리에 기인하여 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측하기 위해서, 프로세스 윈도우 내의 어디에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 동작하고 있는지를 검출(예를 들어 계측 툴(MET)로부터의 입력을 사용함)하기 위해서도 사용될 수 있다(도 3에서 제 2 스케일(SC2)에서 "0" 을 가리키는 화살표에 의해 표현됨).
계측 툴(MET)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하는 입력을 컴퓨터 시스템(CL)에 제공할 수 있고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있을 수 있는 드리프트(도 3에서 제 3 스케일(SC3)에서 여러 화살표로 표시됨)를 식별하기 위한 피드백을 리소그래피 장치(LA)에 제공할 수 있다.
리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 스캐닝 전자 현미경 또는 산란계와 같이 다양한 형태의 계측 장치 포함하는, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 공지된 산란계의 예들은 흔히, 언더필된 타겟(간단한 격자 또는 상이한 층들 내의 중첩 격자의 형태이고, 충분히 커서 측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 생성함) 또는 오버필된 타겟(이러한 경우 조명 스폿은 타겟을 부분적으로 또는 완전히 보유함)과 같은 전용 계측 타겟을 제공하는 것에 의존한다. 더 나아가, 계측 툴, 예를 들어 격자와 같은 언더필된 타겟을 조명하는 각도 분해 산란계를 사용하면, 산란 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델의 상호작용을 시뮬레이션하고, 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 격자의 속성이 연산될 수 있는, 소위 재구성 방법을 사용할 수 있게 된다. 모델의 파라미터는, 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조절된다.
산란계는, 센서를 산란계의 대물 렌즈의 퓨필 평면 또는 퓨필과 공액인 평면에 있게 함으로써(이러한 경우 측정은 보통 퓨필 기반 측정이라고 불림), 또는 센서를 이미지 평면 또는 이미지 평면과 공액인 평면에 있게 함으로써(이러한 경우 측정은 보통 이미지 또는 필드 기반 측정이라고 불림), 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정이 가능해지게 하는 다기능 기구이다. 이러한 산란계 및 연관된 측정 기법은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 더 상세히 설명되는데, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 앞서 언급된 산란계는 소프트 x-선 및 가시광선 내지 근적외선 파장 범위로부터의 광을 사용하여 다수의 격자로부터 다수의 타겟을 하나의 이미지에서 측정할 수 있다.
산란계와 같은 계측 장치가 도 4에 도시된다. 이것은 방사선(5)을 기판(W) 상에 투영하는 브로드밴드(백색 광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 반사 또는 산란된 방사선(10)은 분광계 검출기(4)에 통과되며, 이것은 정반사(specular reflected) 방사선(10)의 스펙트럼(6)(즉, 파장 λ의 함수로서의 세기 I의 측정치)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 엄밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 시물레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 구조 또는 프로파일(8)이 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수도 있다. 일반적으로, 재구성을 위해서는, 그 구조의 전반적인 형태가 알려져 있으며 일부 파라미터는 이 구조를 제조하는 프로세스에 대한 정보로부터 가정되어, 이러한 구조의 소수의 파라미터만이 산란측정 데이터(scatterometry data)로부터 결정되도록 남게 된다. 이러한 산란계는 수직 입사(normal-incidence) 산란계 또는 경사 입사(oblique-incidence) 산란계로서 구성될 수 있다.
제 1 실시형태에서, 산란계(MT)는 각도 분해 산란계이다. 이러한 산란계 재구성 방법은 격자의 속성을 재구성 또는 계산하기 위해서, 측정된 신호에 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델의 상호작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 이루어질 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는, 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조절된다.
제 2 실시형태에서, 산란계(MT)는 분광식 산란계(MT)이다. 이러한 분광식 산란계(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟 상으로 지향되고 타겟으로부터 반사되거나 산란된 방사선은 분광계 검출기로 지향되며, 이것이 경면 반사된 방사선의 스펙트럼(즉 파장의 함수인 세기의 측정치)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 재구성될 수도 있다.
제 3 실시형태에서, 산란계(MT)는 편광 해석(ellipsometric) 산란계이다. 편광 해석 산란계는, 산란 방사선을 각각의 편광 상태에 대해 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치 편광된 광(예컨대 선형, 원형, 또는 타원 광)을, 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션 내의 적절한 편광 필터를 사용하여 방출한다. 계측 장치를 위해 적합한 소스는 편광된 방사선도 역시 제공할 수 있다. 현존하는 편광 해석 산란계의 다양한 실시형태가 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 제 11/451,599, 제 11/708,678, 제 12/256,780, 제 12/486,449, 제 12/920,968, 제 12/922,587, 제 13/000,229, 제 13/033,135, 제 13/533,110 및 제 13/891,410에 설명된다.
산란계(MT)의 일 실시형태에서, 산란계(MT)는 두 개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를, 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구조 내의 비대칭을 측정함으로써 측정하도록 적응되는데, 비대칭은 오버레이의 정도에 관련된다. 두 개의(통상적으로 중첩함) 격자 구조체는 두 개의 상이한 층(연속하는 층이어야 하는 것은 아님)에 적용될 수 있고, 실질적으로 웨이퍼 상의 동일한 위치에 형성될 수 있다. 산란계는 예를 들어 공동 소유된 특허 출원 EP1,628,164A에 설명된 바와 같은 대칭적 검출 구성을 가져서, 임의의 비대칭이 명확하게 구별가능하게 할 수 있다. 그러면 격자 내의 오정렬을 측정하기 위한 단순한 방식이 제공된다. 타겟이 측정될 때 주기적 구조체의 비대칭을 통해 주기적 구조체를 보유한 두 층들 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가적인 예는, 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO2011/012624 또는 US 특허 출원 US 20160161863에서 발견될 수 있다.
다른 관심 파라미터는 초점 및 선량일 수 있다. 초점 및 선량은, 그 전체 내용이 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 US2011-0249244에 기술된 바와 같은 산란측정에 의해(또는 대안적으로 스캐닝 전자 현미경 검사에 의해) 동시에 결정될 수 있다. 초점 에너지 행렬(FEM - 또한 초점 노광 행렬이라고 불림) 내의 각각의 포인트에 대한 임계 치수 및 측벽각 측정치의 고유한 조합을 가지는 단일 구조체가 사용될 수 있다. 임계 치수 및 측벽각의 이러한 고유한 조합이 사용가능하다면, 초점 및 선량 값은 이러한 측정으로부터 고유하게 결정될 수 있다.
계측 타겟은, 거의 레지스트 내이지만 예를 들어 에칭 프로세스 이후에 리소그래피 프로세스에 의해 형성되는 합성물 격자들의 모듬(ensemble)일 수 있다. 통상적으로 격자 내의 구조체의 피치 및 선폭은, 계측 타겟으로부터 오는 회절 차수를 캡쳐할 수 있으려면 측정 광학기(특히 광학기의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 언급된 바와 같이, 회절된 신호는 두 층들 사이의 천이('오버레이'라고도 불림)를 결정하기 위하여 사용될 수 있고, 또는 리소그래피 프로세스에 의해 생성되는 원본 격자의 적어도 일부를 재구성하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 재구성은 리소그래피 프로세스의 품질을 유도하기 위하여 사용될 수 있고, 리소그래피 프로세스의 적어도 일부를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 타겟은, 타겟 내의 디자인 레이아웃의 기능성 부분의 치수를 모방하도록 구성되는 더 작은 서브-세그먼트를 가질 수 있다. 유사한 이러한 서브-세그먼트화에 기인하여, 타겟은 디자인 레이아웃의 기능성 부분과 더 유사하게 동작하게 되어, 전체 프로세스 파라미터 측정이 디자인 레이아웃의 기능성 부분을 더 양호하게 담을 수 있게 될 것이다. 타겟은 언더필된 모드 또는 오버필된 모드에서 측정될 수 있다. 언더필된 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 작은 스폿을 생성한다. 오버필된 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필된 모드에서, 상이한 타겟들을 동시에 측정하여, 상이한 처리 파라미터를 동시에 결정하는 것도 가능할 수 있다.
특정 타겟을 사용하는 리소그래피 파라미터의 전체 측정 품질은 이러한 리소그래피 파라미터를 측정하기 위하여 사용되는 측정 레시피에 의하여 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 양자 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에서 사용되는 측정이 회절-기초 광학적 측정이라면, 측정의 파라미터 중 하나 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 입사각 등 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준들 중 하나는, 예를 들어 처리 변이에 대한 측정 파라미터 중 하나의 감도일 수 있다. 본 명세서에서 그 전체가 원용에 의해 포함되는 더 많은 예들이 본 명세서에 그 전체가 원용에 의해 통합되는 미국 특허 출원 US 2016-0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US 2016/0370717A1에 기술된다.
도 5의 (a)는 계측 장치, 좀 더 구체적으로는 암시야 산란계의 일 실시형태를 제공한다. 타겟(T) 및 타겟을 조명하기 위해 사용되는 측정 방사선의 회절광선이 도 5의 (b)에 더 상세히 도시되어 있다. 도시된 계측 장치는 암시야 계측 장치라고 알려진 타입이다. 이러한 측정 장치는 독립형 디바이스이거나 리소그래피 장치(LA), 예를 들어 측정 스테이션, 또는 리소그래피 셀(LC) 중 하나에 통합될 수 있다. 장치에 걸쳐서 여러 브랜치를 가지는 광축이 점선 O로 표현된다. 이러한 장치에서, 소스(11)(예를 들어, 제논 램프)에 의하여 방출된 광은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의하여 빔 분할기(15)를 통해 기판(W)으로 지향된다. 이러한 렌즈들은(4F) 배치구성(4F arrangement)의 이중 시퀀스로 배치된다. 다른 렌즈 장치가 기판 이미지를 검출기에 여전히 제공하고, 공간적-주파수 필터링을 위하여 중간 퓨필-평면의 액세스를 동시에 허용하기만 하면, 이것도 역시 사용될 수 있다. 그러므로, 방사선이 기판에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서(공액(conjugate)) 퓨필 평면이라고 불리는 기판 평면의 공간적 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간적 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 퓨필 평면의 역-투영된(back-projected) 이미지인 평면에, 렌즈들(12 및 14) 사이에 적합한 형태의 애퍼쳐 플레이트(13)를 삽입함으로써 수행될 수 있다. 예시된 예에서, 애퍼쳐 플레이트(13)는, 다른 조명 모드가 선택되게 하는 13N 및 13S 라고 명명되는 다른 형태들을 가진다. 이러한 예에서 조명 시스템은 오프-축 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13N)는, 오직 설명의 편의를 위해서 '북쪽'이라고 지정되는 방향으로부터 오프-축을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 애퍼쳐 플레이트(13S)는 유사하지만 '남쪽'이라고 명명되는 방향으로부터 오는 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 다른 애퍼쳐를 사용하면 조명의 다른 모드들도 가능해진다. 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 선호되는데, 이것은 원하는 조명 모드 외부의 임의의 불필요한 광이 원하는 측정 신호와 간섭을 일으킬 것이기 때문이다.
도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 법선을 이루는 기판(W)과 함께 배치된다. 기판(W)은 지지대(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 충돌하는 측정 방사선(I)의 광선은 0차 광선(실선(0)) 및 두 개의 1차 광선(일점쇄선 +1 및 이점쇄선 -1)이 발생되게 한다. 오버필된 소타겟의 경우에, 이러한 광선들은 계측 타겟(T) 및 다른 피쳐를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 많은 평행 광선들 중 단지 하나일 분이라는 것을 기억해야 한다. 플레이트(13)에 있는 애퍼쳐가 유한한 폭(광의 유용한 양을 허락하기에 필요한 폭)을 가지기 때문에, 입사 광선(I)은 사실상 각도의 일정한 범위를 점유할 것이고, 회절된 광선(0) 및 +1/-1은 어느 정도 확산될 것이다. 소타겟의 점확산 함수에 따라서, 각각의 차수 +1 및 -1은 도시된 바와 같은 단일한 이상적인 광선이 아니라 각도의 일정 범위에 걸쳐 더 넓게 확산될 것이다. 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중심 광축과 가깝게 정렬되도록 타겟의 격자 피치 및 조명 각도가 설계되거나 조절될 수 있다는 점에 주의한다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 예시된 광선들은 다소 오프 축이어서 도면에서 더 쉽게 구별될 수 있게 도시된다.
기판(W) 상의 타겟(T)에 의하여 회전된 것 중 적어도 0 및 +1 차 광선들은 대물 렌즈(16)에 의하여 수집되고 다시 빔 분할기(15)로 지향된다. 도 5의 (a)로 돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드 모두가 북쪽(N) 및 남쪽(S)이라고 명명된 서로 반대인 애퍼쳐를 지정함으로써 예시된다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽으로부터 입사하는 경우, 즉 제 1 조명 모드가 애퍼쳐 플레이트(13N)를 사용하여 적용되면, +1(N) 이라고 명명된 +1 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 이에 반해, 제 2 조명 모드가 애퍼쳐 플레이트(13S)를 사용하여 적용되는 경우, -1 회절 광선(1(S)라고 명명됨)이 렌즈(16)에 진입하는 것이 된다.
제 2 빔 분할기(17)는 회절된 빔을 두 개의 측정 브랜치를 향해 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차와 1차 회절빔을 사용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 다른 포인트에 도달하여, 이미지 처리를 통하여 차수를 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의하여 캡쳐된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 포커싱하는 것 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하기 위하여 사용될 수 있다. 또한 재구성과 같은 많은 측정 목적을 위하여 퓨필 평면 이미지가 사용될 수 있다.
제 2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 타겟(T)의 이미지를 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 애퍼쳐 스톱(aperture stop; 21)이 퓨필-평면에 대하여 켤레인 평면에 제공된다. 애퍼쳐 스톱(21)은 0차 회절빔을 차단하여 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지가 -1 또는 +1 일차 빔에 의해서만 형성되게 하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의하여 캡쳐된 이미지는 이미지 프로세서(PU)로 출력되고, 이것의 기능은 수행되는 특정 타입의 측정에 따라서 달라질 것이다. '이미지'라는 용어는 본 명세서에서 광의로 사용된다는 것에 주의한다. 이와 같이 격자 라인의 이미지는, -1 및 +1 차수 중 오직 하나만 존재할 경우에는 형성되지 않을 것이다.
도 5에 도시되는 애퍼쳐 플레이트(13) 및 시야 조리개(21)의 특정 형태들은 순전히 예일 뿐이다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 타겟의 온-축 조명이 사용되며, 오프-축 애퍼쳐를 가지는 애퍼쳐 스톱이 회절된 광의 오직 하나의 1차 광만을 센서로 실질적으로 전달하도록 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 2차, 3차 및 더 고차인 빔(도 5에는 미도시)이 1차 빔 대신에 또는 이에 추가하여 측정에 사용될 수 있다.
측정 방사선이 이러한 다른 타입의 측정에 대해 적응될 수 있게 하기 위해서, 애퍼쳐 플레이트(13)는 원하는 패턴이 나타나도록 회전하는 디스크 주위에 형성되는 다수 개의 애퍼쳐 패턴을 포함할 수도 있다. 개구부 플레이트(13N 또는 13S)가 하나의 방향(셋-업에 따라 X 또는 Y)으로 지향된 격자들을 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 점에 주의한다. 직교 격자를 측정하기 위해서, 타겟이 90° 및 270°만큼 회전되는 방식이 구현될 수 있다. 그 외의 애퍼쳐 플레이트들이 도 5의 (c) 및 (d)에 도시된다. 장치의 이러한 사용법과 수많은 다른 변형예와 적용예들은, 전술된 이미 공개된 특허 출원 공개 문헌들에 기술되어 있다.
방금 설명된 계측 툴은 낮은 수차(예를 들어, 양호한 머신-머신 매칭을 위하여) 및 큰 파장 범위를 요구한다(예를 들어, 큰 적용 범위를 지원하기 위하여). 머신-머신 매칭은 (현미경) 대물 렌즈의 수차 변동이 충분히 작은 것에 의존하는데(적어도 부분적으로), 이것은 어렵고 언제나 만족되는 것은 아닌 요구 사항이다. 또한, 이것은 광학 수차를 악화시키지 않고서는 파장 범위를 확장시키는 것이 본질적으로 가능하지 않다는 것을 암시한다. 더욱이, 제품의 비용, 툴의 부피 및/또는 질량이 커지고, 동일한 웨이퍼를 동시에 측정하기 위해서 다수의 센서를 제공함으로써 병렬화를 이용하여 웨이퍼 샘플링 밀도를 증가시킬 가능성(웨이퍼당 더 많은 포인트, 로트당 더 많은 웨이퍼)을 제한한다.
이러한 이슈들 중 적어도 일부를 해결하기 위해서, 계산적인 이미징/위상 취출 접근법을 채용하는 계측 장치가 미국 특허 공개 번호 제 US2019/0107781에 기술되었고, 이것은 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다. 이러한 계측 디바이스는 특별하지 않거나 심지어 상대적으로 떨어지는 수차 성능을 가지는 상대적으로 간단한 센서 광학기를 사용할 수 있다. 이와 같이, 센서 광학기는 수차를 가지도록, 그리고 따라서 상대적으로 수차가 발생된 이미지를 생성하도록 허용될 수 있다. 물론, 센서 광학기 내에서 더 큰 수차를 단순하게 허용하면, 이러한 광학 수차의 효과를 보상하기 위해서 어떤 작업이 수행되지 않는 한 이미지 품질에 허용불가능한 영향을 주게 될 것이다. 그러므로, 센서 광학기 내의 수차 성능을 이완시키는 부정적인 영향을 보상하기 위해서 계산적 이미징 기법이 사용된다.
이러한 접근법에서, 타겟의 세기 및 위상은 타겟의 하나 또는 다수의 세기 측정치로부터 취출된다. 위상 취출은 계측 타겟의 종래의 정보를 사용할 수 있다(예를 들어, 위상 취출 알고리즘을 유도/디자인하기 위한 시작점을 형성하는 손실 함수에 포함되도록). 대안적으로, 또는 종래의 정보 접근법과 조합하여, 다양성 측정이 이루어질 수 있다. 다양성을 획득하기 위하여, 이미징 시스템은 측정들 사이에서 조금씩 변경된다. 다양성 측정의 일 예는 초점-통과 스테핑(쓰루-focus stepping)이고, 즉, 상이한 초점 위치에서 측정을 획득하는 것에 의한 것이다. 다양성을 도입하기 위한 대안적 방법은, 예를 들어 측정들 사이에서 상이한 조명 파장 또는 상이한 파장 범위를 사용하는 것, 조명을 변조하는 것, 또는 타겟 상의 조명의 입사각을 변경하는 것을 포함한다. 위상 취출 자체는 앞서 언급된 제 US2019/0107781, 또는 특허 출원 제 EP3480554(이것 역시 본 명세서에서 원용에 의해 통합됨)에서 설명된 것에 기반할 수 있다. 이것은 세기 측정으로부터, 타겟 및 조명 방사선의 상호작용이 그 전기장 또는 복소값 필드에 있어서 기술되도록 대응하는 위상 취출을 결정하는 것을 설명한다(여기에서 "복소(complex)"는 진폭 및 위상 정보 양자 모두가 존재한다는 것을 의미함). 세기 측정은 종래의 계측에서 사용된 것보다 낮은 품질일 수 있고, 따라서 설명된 바와 같이 아웃-포커스(out-of-focus)될 수 있다. 설명된 상호작용은 타겟 바로 위의 전기장 및/또는 자기장의 표현을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 조명된 타겟의 전기장 및/또는 자기장 이미지는 타겟과 평행한 평면 내의 표면(예를 들어, 2-차원 표면) 상의 무한소 전기 및/또는 자기 전류 쌍극자를 이용하여 등가 소스 기술(equivalent source description)로서 모델링된다. 이러한 평면은, 예를 들어 타겟 바로 위의 평면, 예를 들어 레일리 기준(Rayleigh criterion)에 따라서 인포커스(in focus) 상태인 평면일 수 있지만, 모델 평면의 위치는 중요하지 않다: 하나의 평면에서의 진폭 및 위상이 알려지만, 이들은 임의의 다른 평면(인포커스, 아웃 포커스, 또는 심지어 퓨필 평면)으로 계산에 의하여 전파될 수 있다. 대안적으로, 이러한 설명은 타겟 또는 그 2-차원의 균등물의 복소 송신(complex transmissino)을 포함할 수 있다.
위상 취출은 조명 방사선 및 타겟 사이의 상호작용의 회절된 방사선에 대한 영향을 모델링하여 모델링된 세기 패턴을 획득하는 것; 및 모델링된 세기 패턴 및 검출된 세기 패턴 사이의 차이를 최소화하기 위하여 모델 내의 전기장/복소값 필드의 위상 및 진폭을 최적화하는 것을 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 측정치를 획득하는 동안에, 이미지(예를 들어, 타겟의 이미지)가 검출기 상에서(검출 평면에서) 캡쳐되고, 그 세기가 측정된다. 위상 취출 알고리즘은, 예를 들어 타겟과 평행한 평면(예를 들어, 타겟 바로 위의 평면)에서의 전기장의 진폭 및 위상을 결정하기 위하여 사용된다. 위상 취출 알고리즘은 센서의 순방향 모델을 사용하여(예를 들어 수차가 고려됨), 타겟을 계산에 의하여 이미징하여 검출 평면에서의 필드의 세기 및 위상의 모델링된 값을 획득한다. 타겟 모델이 요구되지 않는다. 모델링된 세기 값 및 검출된 세기 값 사이의 차이가 위상 및 진폭에 있어서 최소화되고(예를 들어, 반복적으로), 및 결과적으로 얻어지는 대응하는 모델링된 위상 값이 취출된 위상이 되게 된다. 계측 애플리케이션에서 복소값 필드를 사용하기 위한 특정한 방법은 역시 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 PCT 출원 번호 제 PCT/EP2019/052658에서 설명된다.
그러나, 전술된 공개 문헌에서 설명된 것과 같은 조명된 계산 이미징에 기반한 계측 센서는 공간적 가간섭성, 또는 부분 공간적 가간섭성 방사선과 함께 사용되도록 (주로) 설계된다. 그러면 다음의 단점들이 초래된다:
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광학적 크로스토크 성능이, (부분) 가간섭성 점확산 함수가 (근사) 비간섭성 점확산 함수보다 실질적으로 크다는 사실에 의해서 크게 영향받는다. 그러면 이웃하는 고객 구조체 내의 변동이 계측 타겟의 측정된 세기 비대칭(예를 들어, 그로부터 오버레이 또는 초점이 추론됨)에 주는 영향에 기인하여 프로세스 변동 성능을 제한한다. 또한, 주어진 동일한 검출 NA에 대하여, 비간섭성 분해능(한계)이 가간섭성 분해능(한계)보다 두 배 양호하다는 것에도 주의해야 하는데, 이것은 광학적 크로스토크를 줄이는 데에 역시 유리한 것이다(상이하지만 관련된 시점으로부터 바라볼 때).
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많은 양의 계산 하드웨어를 요구하는 (반복적) 위상 취출이 요구되는데, 이것은 계측 센서의 제품들의 전체 비용을 증가시킨다. 또한, 위상 취출은 다수의 다양성 측정에 기반하여 위상을 취출하기 위해서 필요한 필요 정보를 제공한다. 실무적으로 말하자면 2 회 내지 10 회의 다양성 측정이 요구된다고 추정되는데, 그러면 센서 획득 시간 및/또는 복잡도가 증가된다. 예를 들어, 다양성은 다수의 초점 레벨에서 순차적으로 측정을 수행함으로써 획득될 수 있다. 그러므로, 계단식으로 디포커싱된 이미지를 획득하는 것은 결과적으로 느린 측정 속도 및 낮은 쓰루풋을 초래한다. 간단한 연산이 이것을 시연한다. 4 가지 (각도) 방향 및 5 개의 (순차적으로 캡쳐된) 파장의 각각의 조합에 대하여 5 개의 초점-통과(through-focus) 이미지가 취해지고, 각각의 이미지를 캡쳐하는 데에 1ms가 걸리며, 각각의 타겟을 측정하기 위해서 약 100ms가 걸릴 것이라고 가정한다. 이것은 스테이지를 이동시키고 파장을 스위칭하기 위해서 걸리는 시간을 포함하지 않는다. 추가적으로, 위상 취출 연산(통상적으로는 반복적임) 자체도 계산 집약적일 수 있고, 어떤 솔루션으로 수렴하기에는 긴 시간이 걸릴 수 있다.
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가간섭성 조명된 계산 이미징에 기반한 계측 센서의 경우에, 검출 NA(개구수)가 조명 NA보다 크기 때문에, x-타겟 및 y-타겟에 대하여 +1차 및-1차 회절 차수의 순차적인 측정을 허용하는(그러므로 네 개의 조명 모드들 사이에서 스위칭할 능력을 가지는) 스위칭가능 조명기를 가지는 것이 요구된다. 특히, 암시야 이미징이 이것을 요구하는데, 그 이유는 +1차 및 -1차 회절 차수의 이미지들이 특정한 λ/P 비율에 대하여 서로 상하로 위치되는 결과를 가져올 수 있기 때문이다. 하나의 (저 NA) 가간섭성 조명기 및 네 개의 (고 NA) 검출 퓨필을 가지는 대안(스위칭가능 조명기를 요구하지 않을 것임)은 λ/P 비율의 소망되는 범위에 대하여, 이용가능한 k-공간 /퓨필 공간/푸리에 공간/ 입체각 공간(solid angular space)(용어들은 유사하게 사용될 수 있음) 내에 맞춤되지 않는다. 그러면 조명의 제품의 복잡도, 볼륨 및 비용이 증가되고, 이것은 웨이퍼 샘플링 밀도를 증가시키기 위해서 다수의 센서들을 병렬로 배치하고자 한다면 단점이 된다. +1차 및 -1차 회절 차수의 이러한 순차적인 측정의 추가적인 단점은, 센서가 조명 소스의 (공간적 평균) 시간적 선량 변동(temporal dose variation)에 대해서 무감하지 않다는 것이다.
이러한 이슈를 해결하기 위하여, 공간적 비간섭성 또는 근접 근사화(또는 적어도 멀티모드) 조명된 계산 이미징에 기반한 계측 센서를 사용하는 것이 제안된다. 이러한 계측 센서는, 예를 들어 비대칭 및 오버레이 및 초점과 같이 그로부터 유도된 파라미터의 측정을 위한 암시야 계측 센서일 수 있다. 남아 있는 설명을 위하여, 비간섭성 조명이라는 용어는 공간적 비간섭성 조명 또는 그 가까운 근사체(approximation)를 기술하기 위해서 사용될 것이다.
단색 이미지 형성이 공간적으로 비간섭성이라고 가정될 수 있는 두 가지 조건/가정이 존재한다; 이러한 두 가지 조건/가정은:
이고, 여기에서 는 퓨필 공간(k 공간) 내의 x 및 y 파라미터이고, 는 목적 (스칼라) 전기장 함수의 각도 스펙트럼 표현이며, 는 파장이고, 는 콜러(Kohler) 타입 조명 퓨필 에 걸친 적분을 나타내고, 는 디락 델타 함수를 나타낸다. 실무에서는 조명 공간 코히어런스 길이가 0보다 클 것이고, 즉 조명기는 이상적인 콜러 타입이 아니지만, 위의 가정은 그러한 경우에도 여전히 유효/성립되어, 결과적으로 (근사) 공간적 비간섭성 이미지 형성의 계산 모델이 얻어진다는 것이 주의한다. 비-단색 조명의 경우에, 이러한 비간섭성 이미징 공식화(formalism)의 확장이, 타겟 응답이 파장에 (실질적으로) 의존하지 않는다는 제 3 가정하에서 가능하다.
공간적 비간섭성 조명(또는 근접 근사화)을 사용하는 것의 추가적인 이점은, 예를 들어 유한 대역폭을 가지는 확장된 소스를 사용할 수 있는 가능성이 가능해진다는 것이다; 레이저-유사 소스를 사용하는 것은 강제적인 것은 아닌데, 그 이유는 이것이 실용적으로 공간적 가간섭성 조명을 위한 것일 것이기 때문이다.
조명 개구수(NA)(여기에서, 조명 NA는 시스템이 광을 방출할 수 있는 각도의 범위를 특성화함)가 검출 개구수보다 훨씬 더 크면(여기에서 검출 NA는 시스템이 광을 수용할 수 있는 각도의 범위를 특성화함), 타겟의 회절된 근-거리장은 실질적으로 비간섭성이다. 이와 같이, 일 실시형태에서, 조명 NA는 검출 NA와 같거나 그보다 (약간) 커지도록 설정될 수 있다. 다소 크다는 것은, 예를 들어 최대 5% 큰 것, 최대 10% 큰 것, 최대 15% 큰 것 또는 최대 20% 큰 것일 수 있다. 퓨필 공간은, X 및 Y에서의 동시 검출을 가능하게 하기 위해서 방향마다 하나씩인 회절 차수의 두 쌍(그리고 따라서 두 개의 입사 조명 각도 방향)에 의해서 공유될 수 있다.
구조체로부터의 광학적 크로스 토크를 억제하면서 이러한 구성을 가지고 상이한 타겟/구조체 피치 및/또는 상이한 조명 파장을 구현하는 것은 어려울 수 있다. 상이한 피치 및/또는 파장을 수용하도록 제안된 하나의 방법은, 산란 방사선의 적어도 하나의 관심 성분, 예를 들어 상보적인 더 높은 회절 차수들의 하나의 또는 두 개의 쌍(예를 들어, +1 차 및 -1 차)이 (예를 들어, 고정된) 검출 NA를 가지는 퓨필 공간(푸리에 공간 또는 k-공간) 내에 일치하도록 보장하기 위하여, 조명 퓨필(또는 검출 퓨필)의 위치를 조명 파장 및 타겟 피치 P의 /P 비율에 의존하여 변경하는 것이다(여기에서 는 예를 들어 작지 않은 조명 대역폭의 경우에는 중심 파장과 같음).
구성가능한 애퍼쳐 또는 조명 NA를 가지는 것의 문제점은 조명 파장이 스위칭될 때마다 애퍼쳐를 재구성할 필요성이 있다는 것이다. 타겟을 여러(예를 들어, 순차적인) 파장으로 측정할 때에, 파장 스위칭 속도는 쓰루풋을 최대화하기 위하여 매우 높아야 하고(예를 들어, 1ms 미만), 따라서 조명 애퍼쳐는 불가능할 정도로 빠르게 재구성될 필요가 있을 것이다. 이러한 이슈는 타겟 피치가 변할 경우에는 크게 중요하지 않은데, 그 이유는 이것이 정의에 의하여, 상이한 타겟이 측정되고 있으며, 새로운 타겟까지 이동하는데에 걸리는 시간이 통상적으로 조명 애퍼쳐를 재구성하기 위하여 요구되는 시간보다 길다는 것을 의미하기 때문이다. 이와 같이, (중간) 조명 NA를 고정된 상태로 유지하는 것이 바람직하다.
이러한 이슈를 해결하기 위하여, 조명 브랜치의 퓨필 평면(또는 그 공액 -"퓨필 평면"이라는 용어는 적절한 경우에는 임의의 이러한 공액을 망라함-)(즉, 조명 소스 및 타겟 사이에) 또는 고정된 조명 NA 및 검출 NA를 가지는 계측 시스템의 검출 브랜치(즉, 타겟 및 검출기 사이에) 중 하나에 분산 배열체를 제공하는 것이 제안된다. 분산 배열체는, 산란 방사선 내의 적어도 하나의 성분(예를 들어, 상보적 회절 차수의 적어도 하나의 쌍)이 검출 NA 내에서 캡쳐되도록, 조명 빔 또는 산란된 빔(예를 들어, 회절된 빔)을 상기 퓨필 평면 내에서 파장의 변경과 함께 변위시킨다.
검출 NA는 검출 시스템이 광을 수광할 수 있는 각도를 기술한다. 많은 회전 대칭 시스템에서, 검출 NA는 "광축"에 대해서 캡쳐되는 가장 큰 각도를 규정한다. 이러한 광축은 회전 축이 되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 광축은 검출 구경 조리개(퓨필 평면 내)의 중심을 통과하는 것으로 규정될 수 있고, 예를 들어 여기에서 구경 조리개는 검출 미러에 의하여 후술되는 바와 같이, 또는 다른 방식으로 구현된다.
이와 같이, 본 명세서에서는 측정 방사선을 이용하여 샘플을 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스로서, 측정 방사선을 샘플로 전파시키도록 동작가능한 조명 브랜치; 상기 측정 방사선에 의한 상기 샘플의 조명의 결과로서 상기 샘플로부터 산란된, 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 전파시키도록 동작가능한 검출 브랜치; 및 상기 계측 디바이스의 조명 브랜치 또는 상기 검출 브랜치 중 한쪽의 브랜치 내의 분산 배열체를 포함하고, 상기 분산 배열체는, 상기 측정 방사선에 대한 파장 값들의 범위에 걸쳐서 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에 유지시키도록 배치된, 계측 디바이스가 개시된다.
파장 값들의 범위는, 예를 들어 200nm, 300nm 또는 400nm의 하한 및 700nm, 800nm, 1500nm 또는 2000nm의 상한을 가지는 범위를 포함할 수 있다(즉, 이러한 하한 중 하나와 이러한 상한 중 하나의 임의의 조합).
일 실시형태에서, 분산 배열체는, 파장 스위칭이 조명 브랜치 내의 광기계식 요소의 임의의 이동 및 안정화 시간이 없이 본질적으로 즉시 구현될 수 있도록, 조명 브랜치 내에 적어도 하나의 수동 분산 요소를 포함한다. 이와 같이, 분산 배열체는 산란 방사선 내의 각각의 관심 성분(예를 들어, 하나 이상의 1차 회절 차수)이 파장 변화 도중에 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에서 유지되도록 조명 빔을 상기 퓨필 평면 내에서 파장의 변경과 함께 변위시키기 위하여, 적어도 하나의 수동 분산 요소 및 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 다른 배열체는 렌즈 요소가 없이 조명 빔을 설명된 바와 같이 변위시키도록 배치된 다수의 분산 요소(예를 들어, 수동 분산 요소들의 쌍, 선택적으로 조명 빔마다 하나의 쌍)를 가질 수 있다.
본 명세서의 콘텍스트에서, 분산 요소라는 용어는 다중 파장 입력 방사선으로부터 파장 성분을 분리하는 임의의 광학 요소를 포함하도록 그 가장 넓은 의미에서 사용된다. 이것은, 회절을 통하여 파장을 분리할 수 있는 회절 광학 요소(즉, 각각의 회절 차수는 파장에 의존하는 회절각을 가짐) 또는 프리즘과 같은 분산 요소 또는 입력 파장 대역에 걸쳐서 연속적으로 분산시키는 유사한 요소를 포함한다.
분산 요소 또는 분산 배열체는 타겟의 분산과 매칭되도록 구성가능할 수 있다. 전술된 바와 같이, 새로운 타겟으로 이동하는 데에 걸리는 시간이, 분산 배열체가 구현되더라도 이것을 재구성하기 위한 시간보다 통상적으로 더 길 것이기 때문에, 이것은 기계식으로 구현될 수 있다.
분산 요소는 임의의 회절 광학 요소, 예컨대 (예를 들어, 고정된) 회절 격자를 포함할 수 있다. 타겟 피치에 대한 구성가능성을 가능하게 하기 위하여, 상이한 격자들이 타겟 피치에 의존하여 조명 경로 내로 스위칭될 수 있도록, 복수 개의 이러한 고정된 격자들이 제공될 수 있다. 하나의 고정된 격자 또는 복수 개의 고정된 격자에 대한 대안으로서, 분산 요소는 조절가능한 실효 피치를 가지는 임의의 형태의 조절가능한 회절 광학 요소, 예컨대 조절가능한 격자 요소 또는 조절가능한 피치 변조 요소를 포함할 수 있다. 이러한 조절가능한 피치 변조 요소는, 예를 들어 음향-광학 변조기(acousto-optical modulator; AOM)(음향-광학 편향기(acousto-optical deflector; AOD) 또는 브래그 셀이라고도 불릴 수 있음), 전계-광학 변조기(electro-optical modulator; EOM) 또는 공간 광 변조기(spatial light modulator; SLM)를 포함할 수 있다. 다른 대안적인 예에서, 분산 요소 또는 배열체는 적어도 하나의 프리즘(예를 들어, 측정 방향마다 하나의 프리즘 또는 프리즘들의 쌍) 또는, 예를 들어 유리와 같은 분산 재료로 제작된 다른 분산 요소를 포함할 수 있다.
도 6의 (a)는 일 실시형태에 따르는 계측 툴 또는 현미경의 개략도인데, 이것은 회절 광학 요소(DOE)를 분산 요소로서 사용하는 것을 사용한다. 이것이 단순화된 표현이고 개시된 개념이, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같은 계측 툴(또한 단순화된 표현)으로 구현될 수 있다는 것에 주의한다. 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 시스템의 조명 브랜치를 통과하는 전파의 개략적인 세부사항을 예시한다.
확장된 소스 및/또는 멀티-파장 소스일 수 있는 조명 소스(SO)는 소스 조명(source illumination; SI)을 제공한다(예를 들어, 멀티모드 섬유(multimode fiber; MF)를 통하여). 예를 들어 도면에서 렌즈(L1, L2)에 의해 표현된 광학 시스템은 퓨필 평면(PP)(푸리에 평면) 또는 그 공액으로의 액세스를 제공하고, 입력 방사선(ILLIN)을 제공하기 위한 (예를 들어, 고정된) 중간 조명 개구수를 규정하도록 위치되는 공간 필터 또는 마스크(SF1)가 거기에 위치된다. 이러한 마스크(SF1)는 필드 평면(FP) 내의 회절 광학 요소(DOE) 상으로 렌즈(L2)에 의해 이미징되는 단일 애퍼쳐를 포함할 수 있다. 회절 광학 요소(DOE)는 격자 또는 변조기 요소(예를 들어, AOM 또는 EOM)일 수 있다. 회절 광학 요소(DOE)는 제 1 차수에 대한 최적 회절 효율을 가질 수 있다(예를 들어, 양의 및 음의 제 1 차수(+1ILL, -1ILL)에 대하여 동등하게 회절 효율을 최적화하기 위함). 회절 광학 요소(DOE)가 격자인 경우, 이것은 필터 휠, 필터 스트립, 필터 카세트/캐러셀 또는 유사한 배열체 내에 장착될 수 있어서, 적절한 격자가 주어진 타겟 피치에 대해서 스위칭인 되게 한다.
예를 들어 도면에서는 렌즈(L3) 및 대물 렌즈(OL)에 의해 표현되는 추가적인 렌즈 시스템은 대물 렌즈의 퓨필 평면(PP) 또는 그 공액으로의 액세스를 제공한다. 대물 렌즈가 산란 방사선을 수집하기 위해서만 사용되어야 하고 조명 경로 내에 포함되지 않는다면, 적어도 하나의 조명 렌즈(예를 들어, 측정 방사선의 양자 모두의 빔(+1ILL, -1ILL)에 대한 공통 조명 렌즈 또는 빔마다 하나의 조명 렌즈)가 대물 렌즈 대신에 조명 빔을 타겟(T) 상으로 포커싱하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 퓨필 평면(PP) 내에서, 제 2 공간 필터(SF2) 또는 마스크가 원치 않는 회절 차수(즉, 퓨필의 잘못된 구역 내의 방사선)를 필터링 아웃하기 위해서 사용될 수 있고, 양의 및 음의 제 1 차수(+1ILL, -1ILL)만을 각각의 애퍼쳐(AP+1, AP-1)를 통하여 통과시킨다.
회절 광학 요소는 측정 방사선의 적어도 하나의 빔, 예를 들어 두 개의 빔을 측정 방사선의 파장과 함께 변하는 조명 퓨필 평면 내의 위치에서 생성한다. 이와 같이, 조명 회절 차수(+1ILL, -1ILL) 각각은 기판(S) 상의 타겟(T)을 각각의 상반된 방향으로부터 조명하기 위해서 사용될 수 있다. 이와 같이, 광학 시스템(예를 들어, 대물 렌즈(OL))은 각각의 차수(+1ILL, -1ILL)를 타겟(T) 상에 동시에 투영시키고 포커싱한다. 회절된 방사선(+1DIFF, -1DIFF)은 검출 미러(DM) 및 렌즈(L4)에 의하여 카메라/검출기(DET)로 유도된다(이것은 회절된 차수마다 하나의 카메라 또는 단일 카메라 또는 임의의 다른 배열체를 포함할 수 있음). 이와 같이, 검출 구경 조리개(그리고, 따라서 검출 NA 및 위치)가 이러한 예시적인 구성에서 검출 미러(DM)의 면적 및 위치에 의하여 규정된다. 본 명세서의 콘텍스트에서, 검출 구경 조리개는 검출 NA 및 위치(예를 들어, 퓨필 평면 내의 하나 이상의 검출 구역)를 규정하는 임의의 배열체를 기술한다.
X-타겟 및 Y-타겟 중 하나 또는 양자 모두에 대하여 +1차 및 -1차 회절 차수(+1DIFF, -1DIFF) 양자 모두를 동시에 측정하는 것은, 세기 노이즈 및 파장 노이즈(예를 들어, 모드 호핑)를 억제하기가 더 쉽고, 이들이 더 양호하게 억제될 가능성이 매우 높다는 것이다.
이러한 구성에서, 조명 프로파일은 타겟으로부터의 회절된 차수(+1DIFF, -1DIFF)가 검출 미러와 정렬되고 이들에 의하여 실질적으로 캡쳐되도록 할 수 있다(예를 들어, 미러마다 하나의 차수); 즉, +1 및 -1 회절 차수의 위치는 퓨필 공간 내의 검출 미러에 의해 규정된 검출 퓨필에 대응하고 이것과 정렬된다. 일 실시형태에서, 예를 들어 +1차 및 -1차의 중첩/정렬은 차수들 전체가 검출 NA와 중첩되도록(예를 들어, 그리고 검출 미러에 의해서 캡쳐되도록) 하는 것일 수 있다. 다른 실시형태들에서, 검출 NA와 중첩되고(예를 들어, 그리고 검출 미러 또는 좀 더 일반적으로는 검출 구경 조리개에 의하여 캡쳐되는) 것은 +1차 및 -1차의 적어도 95%, 적어도 90%, 적어도 80% 또는 적어도 70 %일 수 있다. 특히 중요한 것은 전체 검출 구역이 대응하는 회절 차수로 충진된다는 것이다(회절 차수가 각도 공간 내에, 즉 검출 퓨필 공간 내에 디락 델타 함수를 형성하도록 무한대로 큰 타겟을 가정함). 이것은 전술된 수학식에서의 콜러 조명기에 걸친 합산과 유사하다. 전파될 수 있는 모든 각도가 존재하는 것이 바람직하다. 각도 공간이 1 [사인-각도](즉 90 도의 각도)로 제한되기 때문에, 로부터 까지 합산하는 것이 가능하지 않은데, 이것은 수학적인 관점으로 볼 때는 이상적인 것일 수 있다.
충분히 높은 λ/p 값을, 예를 들어 최대 1.3까지 커버하기 위하여, 검출 퓨필 애퍼쳐는 높은 NA에 위치될 수 있고, Y-OV 검출 애퍼쳐의 중심은 Y-축으로부터 적어도 0.65일 수 있으며, 이와 유사하게 X-OV 검출 애퍼쳐의 중심은 X-축으로부터 적어도 0.65일 수 있다.
이러한 실시형태에서, 1차 회절 차수(1DIFF, -1DIFF)가 퓨필 평면 내에서 실질적으로 동일한 각각의 위치에서 유지되도록 조명 빔(+1ILL, -1ILL)을 상기 퓨필 평면 내에서 파장에 따라서 변위시키는 분산 배열체는 회절 광학 요소 및 렌즈(L3)(또는 다른 적절한 광학 요소)를 포함한다.
회절 광학 요소 또는 격자는 피치 를 가질 수 있다. 그러면 회절 차수가 각도 에서 생성되는데, 여기에서 λ는 조명 파장이다. 피치 는 에 따라서 오버레이 타겟 의 피치에 매칭될 수 있는데, 여기에서 M은 현미경의 배율이다. 격자를 타겟의 피치에 매칭시키기 위하여, 여러 피치를 가지는 격자가 디스크(또는 다른 배열체) 상에 배치되고, 소망되는 격자를 선택하도록 회전될 수 있다.
격자를 개시된 개념에 따라서 조명 빔을 생성하기 위한 분산 요소로서 사용하는 것의 장점은 다음과 같다:
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이러한 배열체가 즉시 프로그래밍가능한 조명기를 제공한다.
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분산이 타겟에 자연적으로 매칭된다.
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단일 조명 퓨필이 두 개의 유사한 조명 퓨필(즉, 두 개의 상보적 회절 차수들)로 분할된다. 이러한 분할은 파장 보상과 동일한 하드웨어를 사용하여 상이한 방향으로의 조명을 위한 대칭 빔을 제공하는자연스러운 방법을 제공한다(예를 들어, 타겟으로부터의 +1 및 -1 회절 차수의 동시 획득을 제공하기 위함).
그러나, 격자를 사용하는 것의 단점은, 이러한 배열체가 광 효율성이 낮다는 것이다: 광의 한 성분은 격자에 의해서 반사될 것이고, 다른 성분은 원치 않는 회절 차수(예를 들어, +1 및 -1 차수가 아닌 회절 차수)에 도달할 수 있다.
AOM/EOM/SLM 또는 유사한 변조 요소를 사용하면 격자를 사용하는 것보다 큰 유연성이 제공된다. 상이하지만 고정된 피치를 가지는 다양한 격자를 제공하는 대신에, 변조 요소는 프로그래밍가능한 피치를 가지는 유효 격자를 제공할 수 있다. 예를 들어, AOM의 경우, 유효 광학 격자는 광학 재료를 통해 전파되는 음파에 의해서 생성된다. AOM과 같은 변조 요소는 고정된 격자와 비교된, 다음을 포함하는 장점을 가진다:
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격자의 피치가 음파의 주파수를 조절함으로써(AOM의 경우) 또는 변조기 타입에 적합한 다른 방법에 의하여 조절될 수 있다.
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격자 휠 또는 유사한 것보다 광 효율성이 높다.
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소망되는 회절 차수로의 광 아웃-커플링 효율이 매우 높고, 예를 들어 최대 90%일 수 있다.
도 7의 (a)는 분산 요소가 프리즘(또는 프리즘들의 쌍) 또는 분산 재료로 제조된 다른 비-회절 분산 요소를 포함하는 일 실시형태에 대한 도 6의 (b)에 대한 등가 표현을 도시한다. 도 6의 (a)에 예시된 계측 디바이스의 대응하는 적응은 당업자에게 명백하고 간단할 것이다.
이러한 실시형태에서, 예를 들어 공간 필터(SF1) 내에 두 개의 애퍼쳐를 제공함으로써 두 개의 조명 퓨필이 생성된다. 그러면 이전의 실시형태에서와 같은 두 가지 측정 방향에서의 동시 측정을 위한 조명 빔이 제공된다(툴이 단일 방향에서의 측정을 위해 구성된다면 오직 하나의 애퍼쳐만이 필요함). 분산 배열체는 조명 퓨필 및 렌즈 배열체(L3)마다 하나의 프리즘(PR) 또는 프리즘 배열체를 포함할 수 있다(예를 들어, 각각의 프리즘(PR)에 대한 퓨필 평면을 생성하기 위하여 프리즘(PR)마다 하나씩). 프리즘(PR)의 분산에 기인하여, 상이한 파장이 상이한 각도를 편향시킬 것이다. 나가는 각도는 프리즘(PR) 상의 입력 방사선(ILLIN)의 입사각, 프리즘의 개방 각도(opening angle) α 및 프리즘 재료의 분산에 의해 결정된다. 도면에는 방향마다 두 개의 조명 빔이 도시되는데, 이들은 제 1 파장의 입력 빔(ILLIN)에 대응하는 퓨필 평면(PP) 내의 제 1 위치에서의 제 1 조명(Illλ1) 및 제 2 파장의 입력 빔(ILLIN)에 대응하는 퓨필 평면(PP) 내의 제 2 위치에서의 제 2 조명(Illλ2)이다. 원치 않는 회절 차수가 생성되지 않고, 조명 빔의 위치가 파장과 함께 연속적으로 변하기 때문에, 이러한 평면에서는 제 2 공간 필터가 요구되지 않는다(예를 들어, 도 6의 (a)에서의 필터(SF2)가 요구되지 않음).
비록 도시되지 않지만, 두 개의 조명 빔이 필드 평면 내에서 중첩하는 것을 보장하기 위하여, 렌즈 배열체(L3) 이후에 제 2 퓨필 평면 내에 틸트가 도입될 수 있다. 이것은, 예를 들어 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 디바이스의 암시야 브랜치 내에서 흔히 사용되는 이미징 웨지와 유사한 방식으로 두 개의 광학 웨지를 사용하여 상보적 회절 차수들을 동시에 이미징하면서 수행될 수 있다.
더 높은 분산은, 예를 들어 아베(Abbe) 프리즘 또는 유사한 요소를 사용하여 프리즘(PR) 내에 내부 반사를 제공함으로써 획득될 수 있다.
분산을 타겟 피치에 매칭시키기 위하여, 그 각각의 프리즘(PR) 상으로의 입력 빔(ILLIN)(예를 들어, 렌즈(L2)를 통해 제공되는 바와 같음)의 입사각을 변경하기 위하여 프리즘이 회전될 수 있는 것이 제안된다.
다른 구성들도 가능하다. 도 7의 (b)는, 예를 들어 프리즘 쌍 배열체를 도시하는데, 여기에서 각각의 빔 경로는 프리즘 쌍(또는 분산 요소들의 쌍)(PR1, PR2)을 포함할 수 있다; 즉, 프리즘 쌍(PR1 PR2)은 도 7의 (a)의 구성 내의 각각의 프리즘(PR)(및 렌즈(L3))를 대체할 수 있다. 그러면 결과적으로, 각도 변화가 아니라 퓨필 평면 내에 직접 파장 의존적인 변위가 초래된다(예를 들어, 제 1 파장의 조명 빔(Illλ1)과 제 2 파장의 조명 빔(Illλ2)사이). 그러면 렌즈(L3)에 대한 필요성이 없어진다(예를 들어, 분산 배열체는 빔 및 렌즈마다 단일 프리즘이 아니라 빔마다 프리즘들의 쌍을 포함함). 이러한 구성에서의 타겟 피치에 대한 조절은, 프리즘(PR1 및 PR2) 사이의 거리를 변경하는 것, 및/또는 제 1 프리즘(PR1)을 회전시키는 것을 포함할 수 있다.
이러한 구성은 격자/변조기 실시형태에 비하여 광 효율성이 높고 연속적으로 튜닝가능하다(이산적(discrete)이 아님)는 장점을 가진다. 그러나, 상이한 타겟 피치에 대한 튜닝은 그렇게 간단하지 않다. 또한, 프리즘(및 다른 광학 요소)의 분산은 전체 파장 범위에 걸쳐 오버레이 타겟의 분산을 매칭시키기 위한 구성/엔지니어링을 요구한다.
전술된 구성은 이러한 시스템이 어떻게 구현될 수 있는지의 일 예를 보여줄 뿐이고, 상이한 하드웨어 셋업들이 가능하다는 것에 주의한다. 심지어, 조명 및 검출이, 예를 들어 동일한 렌즈를 반드시 통과하지 않을 수도 있다. 또한, 검출된 관심 성분(들)이 검출 NA 내에서 캡쳐되는 것을 보장하는 동일한 목표를 달성하기 위해서, 분산 요소는 조명 브랜치가 아니라 검출 브랜치에 위치될 수 있다. 이와 같이, 분산 요소는 캡쳐된 관심 성분(들)(예를 들어, 회절 차수)을 검출 NA 상으로 직접 이동시키기 위하여 이들에 작용하도록 위치될 수 있다.
검출 애퍼쳐는 위의 예들에서 원형인 것으로 도시되지만, 그것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 분해능 및 이용가능한 각도 공간이 상이하게 균형을 이루는 더 기다란 검출 애퍼쳐도 가능하다.
도 8은 본 명세서에 개시된 방법 및 흐름을 구현하는 것을 도울 수 있는 컴퓨터 시스템(800)을 예시하는 블록도이다. 컴퓨터 시스템(800)은 버스(802) 또는 정보를 통신하기 위한 다른 통신 메커니즘, 및 정보를 처리하기 위하여 버스(802)와 커플링되는 프로세서(804)(또는 여러 프로세서(804 및 805)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(800)은 프로세서(804)에 의하여 실행될 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(802)에 커플링되는, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 스토리지 디바이스와 같은 메인 메모리(806)를 더 포함한다. 메인 메모리(806)는 프로세서(804)에 의하여 실행될 명령이 실행되는 도중에 일시적 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해서도 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은 프로세서(804)에 대한 정적 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(802)에 커플링된 판독 전용 메모리(ROM)(808) 또는 다른 정적 스토리지 디바이스를 더 포함한다. 자기 디스크 또는 광학 디스크와 같은 저장 디바이스(810)가 제공되고 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(802)에 커플링된다.
컴퓨터 시스템(800)은 정보를 컴퓨터 사용자에게 디스플레이하기 위하여, 버스(802)를 통해서 음극선관(CRT) 또는 평판 또는 터치 패널 디스플레이와 같은 디스플레이(812)에 커플링될 수 있다. 영숫자 키와 다른 키들을 포함하는 입력 디바이스(814)는 정보 및 커맨드 셀렉션을 프로세서(804)로 통신하기 위하여 버스(802)에 커플링된다. 다른 타입의 사용자 입력 디바이스는, 지시 정보와 커맨드 셀렉션을 프로세서(804)로 통신하고 디스플레이(812) 상에서의 커서 움직임을 제어하기 위한, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키와 같은 커서 콘트롤(816)이다. 이러한 입력 디바이스는 통상적으로 두 개의 축인 제 1 축(예를 들어, x)과 제 2 축(예를 들어, y)에서 2-자유도를 가져서, 디바이스가 평면에서의 위치를 특정하게 한다. 터치 패널(스크린) 디스플레이가 입력 디바이스로서 사용될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 하나 이상의 방법은 메인 메모리(806)에 포함된 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 프로세서(804)에 응답하여 컴퓨터 시스템(800)에 의해서 수행될 수 있다. 이러한 명령들은 저장 디바이스(810)와 같은 다른 컴퓨터-판독가능 매체로부터 메인 메모리(806)로 독출될 수 있다. 메인 메모리(806)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하면, 프로세서(804)는 본 명세서에서 설명되는 프로세스 단계를 수행하게 된다. 메인 메모리(806)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하기 위하여, 다중 처리 장치 내의 하나 이상의 프로세서가 채용될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 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(804)로 명령을 제공하는 데에 참여하는 임의의 유형의(tangible) 매체를 가리킨다. 이러한 매체는 비-휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 송신 매체를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 많은 형태를 취할 수도 있다. 비-휘발성 매체는 예를 들어, 저장 디바이스(810)와 같은 광학적이거나 자기적 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(806)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 송신 매체는 동축 케이블, 구리 배선, 및 버스(802)를 포함하는 와이어를 포함하는 섬유 광학기(fiber optics)를 포함한다. 송신 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, 자기-광학적 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 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행되도록 프로세서(804)로 운반하는 것에 수반될 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(800)에 국지적으로 보유되는 모뎀은 전화선에서 데이터를 수신하고, 적외선 송신기를 사용하여 이러한 데이터를 적외선 신호로 변환한다. 버스(802)에 커플링된 적외선 검출기는 적외선 신호에서 운반되는 데이터를 수신하고, 이러한 데이터를 버스(802)에 로딩할 수 있다. 버스(802)는 데이터를 메인 메모리(806)로 운반하며, 프로세서(804)는 이로부터 명령들을 취출하고 실행한다. 메인 메모리(806)로부터 수신된 명령들은 프로세서(804)에 의한 실행 이전에 또는 그 이후에 선택적으로 저장 디바이스(810)에 저장될 수 있다.
바람직하게는, 컴퓨터 시스템(800)은 버스(802)에 커플링된 통신 인터페이스(818)를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(818)는 국소 네트워크(822)에 연결된 네트워크 링크(820)로 양-방향 데이터 통신 커플링을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(818)는 대응하는 타입의 전화선에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 종합 정보 통신망(integrated services digital network;(IS)DN) 카드 또는 모뎀일 수 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(818)는 호환가능한 LAN에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 근거리 네트워크(LAN) 카드일 수 있다. 무선 링크가 구현될 수도 있다. 임의의 이러한 구현형태에서, 통신 인터페이스(818)는 다양한 타입의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기적, 전자기적이거나 광학적 신호를 전송하고 수신한다.
네트워크 링크(820)는 통상적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 디바이스로 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(820)는 국소 네트워크(822)를 통해 호스트 컴퓨터(824) 또는 인터넷 서비스 제공자(ISP)(826)에 의하여 작동되는 데이터 장비로 연결을 제공할 수 있다. 이제 ISP(826)는, 현재 일반적으로 "인터넷(828)"이라고 불리는 월드와이드 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 국소 네트워크(822)와 인터넷(828) 양자 모두는 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기적, 전자기적이거나 광학적 신호를 사용한다. 컴퓨터 시스템(800)으로의 또는 그로부터의 디지털 데이터를 운반하는, 다양한 네트워크들을 통과하는 신호와 네트워크 링크(820)를 통과하고 통신 인터페이스(818)를 통과하는 신호는 정보를 수송하는 반송파의 예시적인 형태들이다.
컴퓨터 시스템(800)은 네트워크(들), 네트워크 링크(820), 및 통신 인터페이스(818)를 통해서, 메시지를 전송하고 프로그램 코드를 포함하는 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷의 예에서, 서버(830)는 애플리케이션 프로그램에 대한 요청된 코드를 인터넷(828), ISP(826), 국소 네트워크(822) 및 통신 인터페이스(818)를 통해 송신할 수 있다. 이렇게 다운로드된 하나의 애플리케이션은, 예를 들어 본 명세서에서 설명된 바와 같은 하나 이상 기법을 제공할 수 있다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(804)에 의하여 실행되고, 및/또는 추후에 실행되도록 저장 디바이스(810), 또는 다른 비-휘발성 저장소에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨터 시스템(800)은 애플리케이션 코드를 반송파의 형태로 획득할 수 있다.
추가적인 실시형태들이 다음 번호를 가진 절들의 후속하는 목록에서 개시된다:
1. 측정 방사선을 이용하여 샘플을 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스로서,
측정 방사선을 샘플로 전파시키도록 동작가능한 조명 브랜치;
상기 측정 방사선에 의한 상기 샘플의 조명의 결과로서 상기 샘플로부터 산란된, 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 전파시키도록 동작가능한 검출 브랜치; 및
상기 조명 브랜치 또는 상기 검출 브랜치 중 한쪽의 브랜치 내의 분산 배열체
를 포함하고,
상기 분산 배열체는, 상기 측정 방사선에 대한 파장 값들의 범위에 걸쳐서 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에 유지시키도록 배치된, 계측 디바이스.
2. 제 1 절에 있어서,
상기 분산 배열체는 적어도 하나의 수동 분산 요소를 포함하는, 계측 디바이스.
3. 제 1 절 또는 제 2 절에 있어서,
상기 계측 디바이스는 고정된 검출 구경 조리개를 포함하고,
상기 분산 배열체는, 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분이 상기 고정된 검출 구경 조리개에 의해 규정된 적어도 하나의 검출 구역 내에 유지되도록 배치된, 계측 디바이스.
4. 제 3 절에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분 중 하나는 상기 고정된 검출 구경 조리개에 의해 규정된 상기 적어도 하나의 검출 구역을 오버필(overfill)하는, 계측 디바이스.
5. 제 3 절 또는 제 4 절에 있어서,
상기 고정된 검출 구경 조리개는 산란 방사선의 하나 이상의 성분의 각각의 하나를 캡쳐하기 위하여, 상기 검출 퓨필 평면 내에 적어도 두 개의 분리된 검출 구역을 형성하는, 계측 디바이스.
6. 제 5 절에 있어서,
상기 계측 디바이스는, 각각의 검출 구역의 개개의 하나의 검출 구역에 대응하는 별개의 조명 구역을 포함하고,
각각의 조명 구역은 그 대응하는 검출 구역과 동일한 크기이거나 더 큰, 계측 디바이스.
7. 제 1 절 내지 제 6 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분은 상기 산란 방사선의 상보적 회절 차수들의 적어도 하나의 쌍을 포함하는, 계측 디바이스.
8. 제 1 절 내지 제 7 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분은 상기 산란 방사선의 상보적 회절 차수들의 적어도 두 개의 쌍을 포함하는, 계측 디바이스.
9. 제 1 절 내지 제 8 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 분산 배열체는 상기 샘플에 의해 부과되는 분산과 실질적으로 매칭되도록 구성될 수 있는, 계측 디바이스.
10. 제 1 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 분산 배열체는 상기 조명 브랜치의 조명 퓨필 평면 또는 상기 검출 브랜치의 검출 퓨필 평면 내에 포함된, 계측 디바이스.
11. 제 10 절에 있어서,
상기 조명 브랜치는 입력 방사선을 제공하기 위한 고정된 중간 조명 개구수를 포함하고,
상기 분산 배열체는, 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분이 파장 값들의 상기 범위에 걸쳐서 상기 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에서 유지되도록, 상기 파장과 함께 변하는 상기 조명 퓨필 평면 내의 위치에서 상기 입력 방사선을 수광하고 상기 측정 방사선의 적어도 하나의 빔을 생성하도록 배치된, 계측 디바이스.
12. 제 1 절 내지 제 11 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 분산 배열체는 적어도 하나의 조명 회절 차수를 생성하도록 동작가능한 적어도 하나의 회절 광학 요소를 포함하고,
상기 계측 디바이스는 상기 적어도 하나의 조명 회절 차수를 상기 측정 방사선으로서 사용하도록 동작가능한, 계측 디바이스.
13. 제 12 절에 있어서,
상기 회절 광학 요소는 회절 격자를 포함하는, 계측 디바이스.
14. 제 13 절에 있어서,
상기 분산 배열체는, 서로 상이한 피치를 가지고, 조명 브랜치 내로 개별적으로 스위칭될 수 있도록 배치된 복수 개의 회절 격자를 포함하는, 계측 디바이스.
15. 제 12 절에 있어서,
상기 회절 광학 요소는 조절가능한 피치 변조 요소를 포함하는, 계측 디바이스.
16. 제 15 절에 있어서,
상기 조절가능한 피치 변조 요소는, 음향-광학 변조기, 전계-광학 변조기 또는 공간 광 변조기 중 하나를 포함하는, 계측 디바이스.
17. 제 12 절 내지 제 16 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 회절 광학 요소는 두 개의 상보적 조명 회절 차수를 생성하도록 동작가능하고,
상기 계측 디바이스는 두 가지 상이한 방향으로부터의 상기 샘플의 동시 측정을 위하여, 상기 두 개의 상보적 조명 회절 차수들 각각을 측정 방사선의 빔들의 쌍의 측정 방사선의 각각의 빔으로서 사용하도록 동작가능한, 계측 디바이스.
18. 제 11 절에 있어서,
상기 분산 배열체는 적어도 하나의 비-회절 분산요소를 포함하는, 계측 디바이스.
19. 제 18 절에 있어서,
상기 비-회절 분산 배열체는 하나 이상의 프리즘을 포함하는, 계측 디바이스.
20. 제 19 절에 있어서,
상기 하나 이상의 프리즘은 측정 방사선의 빔마다 적어도 하나의 프리즘을 포함하는, 계측 디바이스.
21. 제 18 절 또는 제 19 절에 있어서,
상기 프리즘 각각은, 상기 프리즘 상으로의 상기 입력 조명의 입사각을 변경하도록 구성될 수 있는, 계측 디바이스.
22. 제 1 절 내지 제 21 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 분산 배열체는 상기 회절 광학 요소 또는 비-회절 광학 요소에 의해 부과된 빔 각도의 임의의 변화를 조명 퓨필 평면 또는 상기 검출 퓨필 평면 내에서의 변위로 전환시키도록 동작가능한 광학 요소를 더 포함하는, 계측 디바이스.
23. 제 11 절에 있어서,
상기 비-회절 분산 배열체는 하나 이상의 프리즘 쌍을 포함하고,
각각의 프리즘 쌍은 빔 변위 구성(beam displacement configuration)으로 배치된, 계측 디바이스.
24. 제 23 절에 있어서,
상기 하나 이상의 프리즘 쌍은 측정 방사선의 빔마다 적어도 하나의 프리즘 쌍을 포함하는, 계측 디바이스.
25. 제 23 절 또는 제 24 절에 있어서,
상기 프리즘 쌍 각각은, 상기 프리즘 쌍 중 제 1 프리즘 상으로의 상기 입력 조명의 입사각을 변경하고 및/또는 각각의 프리즘 쌍의 프리즘들 사이의 거리를 변경하도록 구성될 수 있는, 계측 디바이스.
26. 제 1 절 내지 제 25 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 측정 방사선은 멀티모드 방사선; 또는 비간섭성 방사선 또는 그 근사체(approximation)를 포함하는, 계측 디바이스.
27. 제 1 절 내지 제 26 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 계측 디바이스는 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 캡쳐하기 위한 센서 광학기를 포함하는, 계측 디바이스.
28. 제 1 절 내지 제 27 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 계측 디바이스는,
리소그래피 프로세스에 의해 형성된 하나 이상의 구조체를 포함하는 기판을 홀딩하기 위한 기판 지지대를 포함하는, 계측 디바이스.
29. 제 1 절 내지 제 28 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 파장 값들의 범위는, 200nm, 300nm 또는 400nm의 하한 및 700nm, 800nm, 1500nm 또는 2000nm의 상한을 가지는 범위를 포함하는, 계측 디바이스.
30. 측정 방사선을 이용하여 샘플을 측정하는 방법으로서,
측정 방사선을 상기 샘플로 전파시키는 단계;
상기 측정 방사선에 의한 상기 샘플의 조명의 결과로서 상기 샘플로부터 산란된, 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 캡쳐하는 단계; 및
상기 측정 방사선에 대한 파장 값들의 범위에 걸쳐서 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에 유지시키기 위하여 상기 측정 방사선 또는 상기 산란 방사선을 분산시키는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
31. 제 30 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 측정 방사선 또는 상기 산란 방사선을 수동적으로 분산시키는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
32. 제 30 절 또는 제 31 절에 있어서,
상기 분산시키는 단계는,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분이 상기 검출 퓨필 평면 내의 적어도 하나의 고정된 검출 구역 내에 유지되도록 하는, 샘플 측정 방법.
33. 제 32 절에 있어서,
상기 검출 개구수는 상기 검출 퓨필 평면 내에 적어도 두 개의 분리된 검출 구역을 포함하고,
각각의 검출 구역은 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분의 각각의 하나를 캡쳐하기 위한 것인, 샘플 측정 방법.
34. 제 32 절 또는 제 33 절에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분 중 하나는 상기 검출 개구수를 오버필(overfill)하는, 샘플 측정 방법.
35. 제 30 절 내지 제 34 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분은 상기 산란 방사선의 상보적 회절 차수들의 적어도 하나의 쌍을 포함하는, 샘플 측정 방법.
36. 제 30 절 내지 제 35 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분은 상기 산란 방사선의 상보적 회절 차수들의 적어도 두 개의 쌍을 포함하는, 샘플 측정 방법.
37. 제 30 절 내지 제 36 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 샘플에 의해 부과된 분산과 실직적으로 매칭되도록 상기 분산시키는 단계를 구성하는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
38. 제 30 절 내지 제 37 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 분산시키는 단계는,
조명 퓨필 평면 또는 검출 퓨필 평면 내에서 수행되는, 샘플 측정 방법.
39. 제 38 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분이 파장 값들의 상기 범위에 걸쳐서 상기 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에서 유지되도록, 상기 파장과 함께 변하는 상기 조명 퓨필 평면 내의 위치에서 상기 입력 방사선을 수광하고 측정 방사선의 적어도 하나의 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
40. 제 30 절 내지 제 39 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 분산시키는 단계는,
적어도 하나의 조명 회절 차수를 생성하는 것; 및
상기 적어도 하나의 조명 회절 차수를 상기 측정 방사선으로서 사용하는 것을 포함하는, 샘플 측정 방법.
41. 제 40 절에 있어서,
상기 방법은,
회절 광학 요소를 사용하여 상기 적어도 하나의 조명 회절 차수를 생성하는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
42. 제 41 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 계측 디바이스의 배율(magnification)에 기반하여 상기 회절 광학 요소의 피치를 상기 샘플의 피치와 매칭시키는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
43. 제 41 절 또는 제 42 절에 있어서,
상기 회절 광학 요소는 격자를 포함하는, 샘플 측정 방법.
44. 제 41 절 또는 제 42 절에 있어서,
상기 회절 광학 요소는 조절가능한 피치 변조 요소를 포함하는, 샘플 측정 방법.
45. 제 44 절에 있어서,
상기 조절가능한 피치 변조 요소는, 음향-광학 변조기, 전계-광학 변조기 또는 공간 광 변조기 중 하나를 포함하는, 샘플 측정 방법.
46. 제 41 절 내지 제 45 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 회절 광학 요소를 사용하여 두 개의 상보적 조명 회절 차수를 생성하는 단계; 및
두 가지 상이한 방향으로부터의 상기 샘플의 동시 측정을 위하여, 상기 두 개의 상보적 조명 회절 차수들 각각을 측정 방사선의 빔들의 쌍의 측정 방사선의 각각의 빔으로서 사용하는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
47. 제 39 절에 있어서,
상기 분산시키는 단계는,
적어도 하나의 비-회절 분산 요소를 사용하는 것을 포함하는, 샘플 측정 방법.
48. 제 47 절에 있어서,
상기 비-회절 분산 배열체는 하나 이상의 프리즘을 포함하는, 샘플 측정 방법.
49. 제 48 절에 있어서,
상기 하나 이상의 프리즘은 측정 방사선의 빔마다 적어도 하나의 프리즘을 포함하는, 샘플 측정 방법.
50. 제 47 절 또는 제 48 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 샘플의 피치에 의존하여, 상기 프리즘 상으로의 상기 입력 조명의 변동하는 입사각을 변경하는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
51. 제 30 절 내지 제 50 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 회절 광학 요소 또는 비-회절 광학 요소에 의해 부과된 빔 각도의 임의의 변화를 상기 조명 퓨필 평면 또는 검출 퓨필 평면 내에서의 변위로 전환시키는 단계를 더 포함하는, 샘플 측정 방법.
52. 제 39 절에 있어서,
상기 비-회절 분산 배열체는 하나 이상의 프리즘 쌍을 포함하고,
각각의 프리즘 쌍은 빔 변위 구성(beam displacement configuration)으로 배치된, 샘플 측정 방법.
53. 제 52 절에 있어서,
상기 하나 이상의 프리즘 쌍은 측정 방사선의 빔마다 적어도 하나의 프리즘 쌍을 포함하는, 샘플 측정 방법.
54. 제 52 절 또는 제 53 절에 있어서,
상기 샘플의 피치에 의존하여 상기 프리즘 쌍 중 제 1 프리즘 상으로의 상기 입력 조명의 입사각을 변경하고 및/또는 각각의 프리즘 쌍의 프리즘들 사이의 거리를 변경하는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
55. 제 30 절 내지 제 54 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 측정 방사선은 멀티모드 방사선; 또는 비간섭성 방사선 또는 그 근사체(approximation)를 포함하는, 계측 디바이스.
56. 제 30 절 내지 제 55 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 샘플의 측정 도중에 획득된 측정된 진폭 프로파일로부터 상기 샘플을 기술하기 위한 복소값 필드를 결정하는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
57. 제 56 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 캡쳐하기 위하여 사용되는 센서 내의 수차에 대하여 상기 복소값 필드를 정정하는 단계를 포함하는, 샘플 측정 방법.
58. 제 30 절 내지 제 57 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 샘플은 리소그래피 프로세스에 의하여 기판 상에 형성된 하나 이상의 구조체를 포함하는, 샘플 측정 방법.
59. 제 30 절 내지 제 58 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 파장 값들의 범위는, 200nm, 300nm 또는 400nm의 하한 및 700nm, 800nm, 1500nm 또는 2000nm의 상한을 가지는 범위를 포함하는, 샘플 측정 방법.
60. 제 1 절 내지 제 29 절에 따른 계측 장치를 포함하는, 리소그래피 셀.
본 명세서의 교시 내용이 비간섭성 시스템에 특히 적용될 수 있지만(이러한 시스템의 더 큰 조명 NA에 기인함), 교시 내용은 이와 같이 제한되지 않으며 본 명세서에 개시된 개념이 가간섭성 및 부분적 또는 근사 가간섭성 시스템에 적용될 수 있다는 것에 주의한다.
본 명세서에서 IC를 제조하는 분야에 리소그래피 장치를 이용하는 것에 대해 특히 언급될 수 있지만, 본원에서 기술된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음이 이해돼야 한다. 가능한 다른 적용예는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory) 용 가이드 및 검출 패턴(guidance and detection pattern), 평판 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
비록 본 명세서에서 검사 또는 계측 장치의 맥락에서 본 발명의 실시예가 특정하게 참조되었지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 리소그래피 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 리소그래피 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 임의의 장치의 일부가 될 수 있다. "계측 장치"라는 용어는 검사 장치 또는 검사 시스템도 가리킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 장치는 기판의 결함 또는 기판 상의 구조체의 결함을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 기판 상의 구조체의 관심 특성은, 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치 않는 구조체의 존재와 관련될 수 있다.
비록 "계측 장치 / 툴 / 시스템" 또는 "검사 장치 / 툴 / 시스템"을 특정하게 참조하지만, 이러한 용어는 동일하거나 유사한 타입의 툴, 장치 또는 시스템을 가리킬 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 위의 또는 웨이퍼 위의 구조체의 특성을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 장치 또는 계측 장치는 기판의 결함 또는 기판 위의 또는 웨이퍼 위의 구조체의 결함을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 특성은, 예를 들어 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치 않는 구조체의 존재와 관련될 수 있다.
비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시형태의 사용에 대하여 이루어졌지만, 콘텍스트가 허용하는 경우 본 발명은 광학 리소그래피로 한정되지 않고, 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있다는 것이 인정될 것이다.
비록 전술된 타겟 또는 타겟 구조체(더 일반적으로는 기판 상의 구조체)가 측정의 목적을 위하여 특정하게 설계되고 형성된 계측 타겟 구조체들인 반면에, 다른 실시형태들에서는, 관심 속성은 기판에 형성된 디바이스의 기능성 부분인 하나 이상의 구조체들에서 측정될 수도 있다. 많은 디바이스들은 정규의 격자-유사 구조를 가진다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 구조체, 타겟 격자, 및 타겟 구조체라는 용어는 해당 구조체가 수행되는 중인 측정에 대하여 특정하게 제공되어야 한다는 것을 요구하지 않는다. 더 나아가, 계측 타겟의 피치 p는 산란계의 광학계의 해상도 한계에 가까울 수 있거나 더 작을 수 있지만, 타겟부(C) 내에서 리소그래피 프로세스에 의해 제조되는 통상적 제품 피쳐의 치수보다는 훨씬 클 수 있다. 실무상, 타겟 구조체 내의 오버레이 격자의 라인 및/또는 공간은 제품 피쳐와 유사한 치수인 더 작은 구조체를 포함하도록 제조될 수 있다.
비록 본 발명의 특정한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위의 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 의도로 제공된다. 따라서, 다음 진술되는 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 설명된 바와 같은 본 발명에 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.
Claims (15)
- 측정 방사선을 이용하여 샘플을 측정하도록 동작가능한 계측 디바이스로서,
측정 방사선을 샘플로 전파시키도록 동작가능한 조명 브랜치;
상기 측정 방사선에 의한 상기 샘플의 조명의 결과로서 상기 샘플로부터 산란된, 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 전파시키도록 동작가능한 검출 브랜치; 및
상기 조명 브랜치 또는 상기 검출 브랜치 중 한쪽의 브랜치 내의 분산 배열체
를 포함하고,
상기 분산 배열체는, 상기 측정 방사선에 대한 파장 값들의 범위에 걸쳐서 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에 유지시키도록 배치된, 계측 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 분산 배열체는 적어도 하나의 수동 분산 요소를 포함하는, 계측 디바이스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 계측 디바이스는 고정된 검출 구경 조리개를 포함하고,
상기 분산 배열체는, 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분이 상기 고정된 검출 구경 조리개에 의해 규정된 적어도 하나의 검출 구역 내에 유지되도록 배치된, 계측 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분 중 하나는 상기 고정된 검출 구경 조리개에 의해 규정된 상기 적어도 하나의 검출 구역을 오버필(overfill)하는, 계측 디바이스. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 고정된 검출 구경 조리개는 산란 방사선의 하나 이상의 성분의 각각의 하나를 캡쳐하기 위한 적어도 두 개의 분리된 검출 구역을 상기 검출 퓨필 평면 내에 규정하고,
선택적으로, 상기 계측 디바이스는 각각의 검출 구역의 개개의 하나의 검출 구역에 대응하는 별개의 조명 구역을 포함하며,
각각의 조명 구역은 그 대응하는 검출 구역과 동일한 크기이거나 더 큰, 계측 디바이스. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분은 상기 산란 방사선의 상보적 회절 차수들의 적어도 하나의 쌍을 포함하는, 계측 디바이스. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분은 상기 산란 방사선의 상보적 회절 차수들의 적어도 두 개의 쌍을 포함하는, 계측 디바이스. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분산 배열체는 상기 샘플에 의해 부과되는 분산과 실질적으로 매칭되도록 구성될 수 있는, 계측 디바이스. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분산 배열체는 상기 조명 브랜치의 조명 퓨필 평면 또는 상기 검출 브랜치의 검출 퓨필 평면 내에 포함되고,
선택적으로, 상기 조명 브랜치는 입력 방사선을 제공하기 위한 고정된 중간 조명 개구수를 포함하며,
상기 분산 배열체는, 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분이 파장 값들의 상기 범위에 걸쳐서 상기 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에서 유지되도록, 상기 파장과 함께 변하는 상기 조명 퓨필 평면 내의 위치에서 상기 입력 방사선을 수광하고 상기 측정 방사선의 적어도 하나의 빔을 생성하도록 배치된, 계측 디바이스. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분산 배열체는 적어도 하나의 조명 회절 차수를 생성하도록 동작가능한 적어도 하나의 회절 광학 요소를 포함하고,
상기 계측 디바이스는 상기 적어도 하나의 조명 회절 차수를 상기 측정 방사선으로서 사용하도록 동작가능한, 계측 디바이스. - 제 10 항에 있어서,
상기 회절 광학 요소는:
- 회절 격자 - 선택적으로, 상기 분산 배열체는, 서로 상이한 피치를 가지고 조명 브랜치 내로 개별적으로 스위칭될 수 있도록 배치된 복수 개의 회절 격자를 포함함 -; 및
- 조절가능한 피치 변조 요소 - 선택적으로, 상기 조절가능한 피치 변조 요소는 음향-광학(acousto-optical) 변조기, 전계-광학(electro-optical) 변조기 또는 공간 광 변조기 중 하나를 포함함 -
중 적어도 하나를 포함하는, 계측 디바이스. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 회절 광학 요소는 두 개의 상보적 조명 회절 차수를 생성하도록 동작가능하고,
상기 계측 디바이스는 두 가지 상이한 방향으로부터의 상기 샘플의 동시 측정을 위하여, 상기 두 개의 상보적 조명 회절 차수들 각각을 측정 방사선의 빔들의 쌍의 측정 방사선의 각각의 빔으로서 사용하도록 동작가능한, 계측 디바이스. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분산 배열체는 적어도 하나의 비-회절 분산 요소를 포함하고,
선택적으로, 상기 비-회절 분산 배열체는 하나 이상의 프리즘을 포함하는, 계측 디바이스. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분산 배열체는, 상기 회절 광학 요소 또는 비-회절 광학 요소에 의해 부과된 빔 각도의 임의의 변화를 조명 퓨필 평면 또는 상기 검출 퓨필 평면 내에서의 변위로 전환시키도록 동작가능한 광학 요소를 더 포함하는, 계측 디바이스. - 측정 방사선을 이용하여 샘플을 측정하는 방법으로서,
측정 방사선을 상기 샘플로 전파시키는 단계;
상기 측정 방사선에 의한 상기 샘플의 조명의 결과로서 상기 샘플로부터 산란된, 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 캡쳐하는 단계; 및
상기 측정 방사선에 대한 파장 값들의 범위에 걸쳐서 상기 산란 방사선의 하나 이상의 성분을 검출 퓨필 평면 내의 실질적으로 동일한 각각의 위치에 유지시키기 위하여 상기 측정 방사선 또는 상기 산란 방사선을 분산시키는 단계
를 포함하는, 샘플 측정 방법.
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