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KR102238969B1 - 기판을 검사하는 방법, 계측 장치 및 리소그래피 시스템 - Google Patents

기판을 검사하는 방법, 계측 장치 및 리소그래피 시스템 Download PDF

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KR102238969B1
KR102238969B1 KR1020197013538A KR20197013538A KR102238969B1 KR 102238969 B1 KR102238969 B1 KR 102238969B1 KR 1020197013538 A KR1020197013538 A KR 1020197013538A KR 20197013538 A KR20197013538 A KR 20197013538A KR 102238969 B1 KR102238969 B1 KR 102238969B1
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South Korea
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scattered radiation
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테우니스 빌렘 투커르
아만데브 싱
데르 자우 헤르브란트 반
Original Assignee
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

계측 장치 및 방법이 개시된다. 일 구성에서, 기판이 검사된다. 방사선 소스(50)에 의해 방출된 소스 방사선 빔(131)이 측정 빔(132)과 기준 빔(133)으로 분할된다. 측정 빔으로 기판(W) 상에 있는 제1 타겟을 조명한다. 기판으로부터 분리되어 있는 제2 타겟(90)을 기준 빔으로 조명한다. 제1 산란 방사선(134)이 제1 타겟으로부터 집광되어 검출기(80)로 전달된다. 제2 산란 방사선(135)은 제2 타겟으로부터 집광되어 검출기로 전달된다. 제1 산란 방사선은 검출기에서 제2 산란 방사선과 간섭한다. 제1 타겟은 제1 패턴을 포함한다. 제2 타겟은 제2 패턴 또는 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함한다. 제1 패턴은 제2 패턴과 기하학적으로 동일한 것이거나, 또는 제1 패턴과 제2 패턴은 주기적이고 제1 패턴의 피치는 제2 패턴의 피치와 동일한 것이거나, 또는 양자 모두이다.

Description

기판을 검사하는 방법, 계측 장치 및 리소그래피 시스템
본 출원은 2016년 10월 14일자로 출원된 EP 출원 제16193944.2호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 기판을 검사하는 방법, 계측 장치 및 리소그래피 시스템에 관한 것이다.
리소그래피 공정은 기판 상에, 일반적으로 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용하는 공정이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그러한 경우, 마스크 또는 레티클이라고도 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층상에 형성될 회로 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나의 다이 또는 수 개의 다이를 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 기판에 걸친 연속되는 타겟부에 패턴을 반복하기 위해 스텝핑 및/또는 스캐닝 이동이 수반될 수 있다. 패턴을 기판 상에 임프린트함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사하는 것도 가능하다.
리소그래피 공정에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하는 데 종종 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 리소그래피 장치의 오버레이(상이한 패터닝 단계들에서 형성된 패턴들 사이의 정렬의 정확도, 예를 들어 디바이스 내의 2개의 층들 사이의 정렬 정확도)와 디포커스를 측정하기 위한 전문화된 툴을 포함하여 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 최근, 리소그래피 분야에서 사용하기 위한 다양한 형태의 스캐터로미터가 개발되어 왔다. 이들 디바이스는 방사선 빔을 타겟 상으로 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들어, 파장의 함수로서의 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 얻고, 그로부터 타겟의 관심 대상 특성을 결정할 수 있다. 관심 대상 특성의 결정은 다양한 기법, 예를 들어 엄격 결합파 해석 또는 유한 요소 방법 등의 반복적인 접근법에 의한 타겟 구조체의 재구성; 라이브러리 탐색; 및 주성분 분석 등에 의해 수행될 수 있다.
구조 파라미터를 결정하기 위한 방법 및 장치는 예를 들어 WO 20120126718에 개시되어 있다. 방법 및 스케터로미터는 또한 US20110027704A1, US2006033921A1 및 US2010201963A1에 개시되어 있다. 그러한 스캐터로미터에 의해 사용되는 타겟은, 예컨대 40μm × 40μm 격자와 같은 비교적 큰 격자이며, 측정 빔은 격자보다 작은 조명 스팟을 생성한다(즉, 격자가 언더필됨). 하나의 패터닝 단계에서 만들어진 구조체의 파라미터를 결정하기 위한 산란계측에 부가하여, 이러한 방법 및 장치는 회절 기반 오버레이 측정을 수행하도록 적용될 수 있다.
회절 차수의 암시야 이미지 검출을 이용하는 회절 기반 오버레이 계측법은 보다 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스팟보다 작을 수 있고 웨이퍼 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수 있다. 하나의 이미지 내에서 다수의 타겟이 측정될 수 있다. 암시야 이미징 계측법의 예는 국제 특허 출원 US2010328655A1 및 US2011069292A1에서 찾을 수 있으며, 이들 문헌은 원용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다. 이러한 기법의 추가 개발사항은 공개된 특허 공보 US20110027704A, US20110043791A, US20120044470A, US20120123581A, US20130258310A, US20130271740A 및 WO2013178422A1에 기재되어 있다. 위의 문헌들은 일반적으로 타겟의 비대칭의 측정을 통한 오버레이의 측정에 대해 설명한다. 비대칭 측정을 이용하여 리소그래피 장치의 선량 및 포커스를 측정하는 방법은 각각 WO2014082938A1 및 US2014/0139814A1 문서에 개시되어있다. 언급된 문헌 모두의 내용 또한 원용에 의해 본원에 포함된다.
표유 방사선은 계측에 사용되는 광학 측정의 품질 및 나아가 정확도를 감소시킬 수 있다. 이러한 정확도의 감소는 리소그래피 장치의 정밀도를 감소시킬 수 있어, 특히 검출된 방사선 세기가 매우 낮은 시스템에서 장치에 의해 생성된 컴포넌트의 정밀도에 부정적인 영향을 미친다.
계측 장치에서의 표유 방사선의 한 가지 원인으로는, 광학 시스템의 일부인 컴포넌트의 표면으로부터 원치 않는 반사, 예를 들어 광학 컴포넌트(예컨대, 거울 또는 구경 조리개)의 표면상의 미세한 결함으로부터의 원치 않는 반사 및 렌즈 등의 광학 표면으로부터의 다수 회 반사 등이 있다. 이것은 많은 수의 렌즈를 포함하는 리소그래피 장치에 사용되는 것과 같은 복잡한 렌즈 시스템에서 특히 문제가 된다. 그러한 시스템에서는, 반사된 표유 방사선의 작은 부분조차도 표유 방사선 및 광학 노이즈의 주요한 원인으로 포함될 수 있다. 표유 방사선의 또 다른 원인은 광학 시스템의 일부가 아닌 장치의 내부 표면, 예를 들어 계측 장치 내에 또한 수용되는, 다른 목적을 위해 사용되는 다른 광학 시스템으로부터 반사된 방사선이다. 표유 방사선의 또 다른 원인은 측정 타겟 자체 이외의 기판의 부분들(예컨대, 기판 상의 주변 컴포넌트)에서 반사되는 방사선이다. 또한, 표유 방사선의 또 다른 원인은 장치의 내부 또는 광학 표면 상에서 유동하는 미세 먼지 입자와 같은 시스템 내의 이물질이다.
표유 방사선은 크게 두 가지 유형으로 분류될 수 있다:
a. 예를 들어, 광학 시스템의 일부이거나 또는 광학 시스템의 일부가 아닌 다양한 표면에서 다수 회 반사되는 방사선으로 인해 발생되는, 방향성 표유 방사선. 예를 들어, 빔을 성형하는 데 사용되는 렌즈와 같은 광학 시스템 내의 유리 표면으로부터의 표유 방사선 반사는 방향성 표유 방사선으로 간주될 수 있다.
B. 장치 내에서 거친 표면에 의해, 또는 먼지 등의 이물질에 의해 무작위로 산란된 방사선인, 비방향성 표유 방사선.
통상적으로, 광학 시스템 내의 표유 방사선은, 적합한 반사 방지 코팅의 사용뿐만 아니라 시스템의 광 경로 내의 적절한 위치에서 조리개 및 구경 조리개의 사용에 의해 감소된다. 그러나, 반사 방지 코팅은 표유 방사선을 전적으로 제거하기 보다는 단지 그 양을 줄이기만 할 수도 있다. 리소그래피 장치에 사용되는 렌즈 시스템과 같은 복잡한 광학 시스템에서, 각 렌즈 표면에서 반사되는 표유 방사선의 복합적인 효과가 중요할 수도 있다. 또한 전술한 바와 같이, 구경 조리개는 그 표면의 작은 결함으로 인하여, 예를 들어 제조 공정의 결함으로 인해 또는 손상됨으로 인해, 표유 방사선의 원인이 될 수 있다.
예를 들어, 제품 구조체와 같이 의도된 계측 타겟의 일부가 아닌 기판 상의 구조체로부터의 산란 또한 노이즈에 크게 기여할 수 있다.
표유 방사선 및 다른 노이즈 원인이 존재하는 경우에도 기판을 정확하고 신뢰성있게 검사할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 양상으로서, 기판을 검사하는 방법이 제공되며, 이러한 방법은: 방사선 소스에 의해 방출된 소스 방사선 빔을 측정 빔과 기준 빔으로 분할하는 단계; 측정 빔으로 기판 상에 있는 제1 타겟을 조명하는 단계; 기판으로부터 분리되어 있는 제2 타겟을 기준 빔으로 조명하는 단계; 제1 타겟으로부터의 제1 산란 방사선을 집광하고 제1 산란 방사선을 검출기에 전달하는 단계; 및 제2 타겟으로부터의 제2 산란 방사선을 집광하고 제2 산란 방사선을 검출기에 전달하는 단계를 포함하고, 제1 산란 방사선은 검출기에서 제2 산란 방사선과 간섭하고, 제1 타겟은 제1 패턴을 포함하고, 제2 타겟은 제2 패턴 또는 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하며, 제1 패턴은 제2 패턴과 기하학적으로 동일하거나, 또는 제1 패턴과 제2 패턴은 주기적이고 제1 패턴의 피치는 제2 패턴의 피치와 동일한 것이다.
본 발명의 일 양상으로서, 기판을 검사하기 위한 계측 장치가 제공되며, 이러한 장치는: 소스 방사선 빔을 제공하도록 구성된 방사선 소스; 소스 방사선 빔을 측정 빔과 기준 빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터; 및 광학 시스템을 포함하고, 광학 시스템은: 측정 빔으로 기판 상에 있는 제1 타겟을 조명하고; 기판으로부터 분리되어 있는 제2 타겟을 기준 빔으로 조명하며; 제1 타겟으로부터의 제1 산란 방사선을 집광하고 제1 산란 방사선을 검출기에 전달하고; 제2 타겟으로부터의 제2 산란 방사선을 집광하고 제2 산란 방사선을 검출기에 전달하도록 구성되고, 광학 시스템은 제2 산란 방사선이 검출기에서 제1 산란 방사선과 간섭하도록 검출기에 전달되도록 구성되며, 제1 타겟은 제1 패턴을 포함하고, 제2 타겟은 제2 패턴 또는 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하며, 제1 패턴은 제2 패턴과 기하학적으로 동일하거나, 또는 제1 패턴과 제2 패턴은 주기적이고 제1 패턴의 피치는 제2 패턴의 피치와 동일한 것이다.
전술한 바와 같은 발명의 실시예는 광학 측정이 수행되는 임의의 장치에 적용 가능하다는 점에 주목해야 한다. 특히, 이러한 실시예는 리소그래피 공정의 일부를 형성하는 임의의 방법 또는 장치에 적용 가능하며, 광학 측정은 타겟(예를 들어, 회절 격자와 같은 주기적 타겟)에서 수행된다. 예시적인 적용예는 다음을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다: 계측 장치(검사 장치라 지칭될 수도 있음)에서의 오버레이 측정; 포커스 제어; 임계 치수(CD)의 측정; 또는 타겟의 형태(예컨대, 측벽각(SWA) 또는 바닥 경사도)의 측정. 예시적인 응용예에서, 결정된 파라미터는 오버레이, CD, 포커스, SWA 또는 바닥 경사도를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 이러한 특징 및 장점과 추가의 특징 및 장점은, 이어지는 예시에 대한 상세한 설명을 고려함으로써 당업자에게 명백해질 것이다.
이제 본 발명의 실시예에 관해, 대응하는 도면 부호가 상응하는 부분을 나타내는 첨부된 개략적인 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2은 리소그래피 셀 또는 클러스터를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 (a) 제1 쌍의 조명 조리개를 이용하여 타겟을 측정하는 데 사용하기 위한 암시야 스케터로미터의 개략도; (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부 사항; (c) 알려진 형태의 다중 격자 타겟에 대한 도면 및 기판상의 측정 스팟의 윤곽; 및 (d) 도 3(a)의 스케터로미터에서 얻은 도 3(c)의 타겟의 이미지에 대한 도면을 포함한다.
도 4은 일 실시예에 따른 계측 장치를 나타낸다.
도 5는 위상 변조된 신호의 로크-인(lock-in) 처리를 나타낸다.
본 명세서는 본 발명의 특징을 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시하는 것이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)에 한정되지 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항에 의해 규정된다.
기술된 실시예(들), 및 본 명세서에서 "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예"에 대한 언급은 기술된 실시예(들)가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있음을 나타내지만, 모든 실시예가 반드시 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 필요는 없다. 또한, 그러한 문구들은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되는지 여부에 무관하게 그러한 특징, 구조 또는 특성을 다른 실시예와 관련하여 실시하는 것도 당업자의 지식 범위 내에 있음을 이해할 것이다.
하지만 이러한 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 이러한 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치설정하도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결되는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치설정하도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위해 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 또는 기타 다른 유형의 광학 컴포넌트 또는 이들의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 지탱한다. 이는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 기계식, 진공식, 정전식 또는 다른 클램핑 기술을 사용하여 패터닝 디바이스를 유지할 수 있다. 지지 구조체는 필요에 따라 고정되거나 이동할 수 있는, 예를 들어 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있다. 본 명세서에서 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상-시프팅 피처 또는 소위 어시스트 피처를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 점에 주목해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성되는 디바이스의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피에서 잘 알려져 있으며 바이너리, 교번 위상 시프트 및 감쇠 위상 시프트와 같은 마스크 유형은 물론 다양한 하이브리드 마스크 유형을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예는 입사하는 방사선 빔을 다양한 방향으로 반사시키도록 각각 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 미러의 매트릭스 배열을 채용한다. 기울어진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적합하거나 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한 것으로서, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 자기형, 전자기형 및 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
예를 들면 본 실시예에서 장치는 투과형(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)이다. 대안적으로, 장치는 반사형(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 채택하거나, 반사형 마스크를 채택함)일 수 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 또는 그 이상의 기판 테이블 및 예컨대 둘 이상의 마스크 테이블을 갖는 형태일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기기에서는 추가의 테이블을 병렬적으로 사용할 수 있으며, 또는 하나 이상의 다른 테이블을 노광용으로 사용하면서 하나 이상의 테이블 상에서 준비 단계를 수행할 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있다. 액침액은 또한 리소그래피 장치의 다른 공간, 예를 들어, 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수 있다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키기 위해 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 함을 의미하는 것이 아니라 오히려 액체가 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 위치한다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 개체일 수 있다. 그러한 경우에, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 여겨지지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 이와 다른 경우, 예를 들어 방사선 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부분일 수 있다. 방사선 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔(B)의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 동공면 내의 세기 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 치수(일반적으로 각각 외측-σ 및 내측-σ로 지칭됨)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(IN) 및 집광기(CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 조명기는 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 거친 후에, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하게 되며, 투영 시스템(PS)은 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커싱한다. 제2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 다양한 타겟부(C)를 위치설정하도록 정확하게 이동될 수 있다. 유사하게, 제1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에는 명확히 도시되지는 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 회수 후에, 또는 스캔 중에, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치설정하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 제1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(개략적 위치설정) 및 숏-스트로크 모듈(미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있다. 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 사용하여 실현될 수 있다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 숏-스트로크 액츄에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크가 전용화된 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치할 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)로 알려져 있다). 유사하게, 둘 이상의 다이가 마스크(MA) 상에 제공되는 상황에서, 마스크 정렬 마크는 다이 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나로 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서는, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴이 한번에 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 실질적으로 정지 상태로 유지된다(단일 정적 노광). 그 다음, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광으로 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서는, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 배율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의해 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광에서 타겟부의 (비-스캐닝 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 유지하면서 실질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동 또는 스캐닝된다. 이러한 모드에서는, 일반적으로 펄스형 방사선 소스가 채용되고, 프로그램 가능 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 중에 연속적인 방사선 펄스 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이러한 동작 모드는 상술한 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이 등의 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형 또는 완전히 다른 사용 모드들이 또한 채용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터로도 지칭되는 리소그래픽 셀(LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 또한 기판에 대해 노광-전 프로세스 및 노광-후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 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 기판을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay, LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system, SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일관되게 노광되도록, 노광된 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광될 수 있을 정도로 검사가 충분히 신속하고 빠르게 수행될 수 있다면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판이 수율 개선을 위해 스트리핑 및 재작업될 수 있고, 또는 가능하다면 폐기될 수 있으며, 이로써 결함 있는 것으로 알려진 기판 상에서 노광을 수행하는 것을 피하게 된다. 기판의 단지 특정 타겟 부분만이 결함 있는 경우, 결함이 없는 것으로 여겨지는 타겟 부분에 대해서만 추가적인 노광이 행해질 수 있다.
계측 장치(검사 장치라고도 칭할 수도 있음)는 기판의 특성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판의 상이한 층들 또는 상이한 기판들의 특성이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 이러한 게측 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있거나 독립형 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 계측 장치가 노광 직후 노광된 레지스트 층에서 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간의 굴절율에 단지 아주 작은 차이가 있기 때문에 레지스트 내의 잠상은 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 모든 계측 장치가 잠상의 유용한 측정을 행할 수 있을 정도로 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광후 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나를 제거한 시점에서, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 유용한 정보를 여전히 제공할 수 있다.
계측 장치가 도 3(a)에 도시되어 있다. 타겟(T)과 이러한 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선이 도 3(b)에 보다 상세히 예시되어 있다. 도시된 계측 장치는 암시야 계측 장치로서 알려진 유형이다. 이러한 계측 장치는 독립형 디바이스이어도 되고, 또는 예컨대 측정 스테이션에 있는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC) 중의 하나에 통합될 수도 있다. 광축은 장치에 걸쳐 몇개의 브랜치를 가지며 점선(O)으로 표현되어 있다. 이러한 장치에서, 광원(11)(예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 빔 스플리터(15)를 통해 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배치된다. 기판 이미지를 여전히 검출기 상에 제공하고 동시에 공간 주파수 필터링을 위해 중간 동공면에 대한 액세스를 허용한다면, 상이한 렌즈 배열이 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 여기에서 (공액) 동공면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 동공면의 역-투영 이미지(back-projected image)인 평면에서, 렌즈(12)와 렌즈(14) 사이에 적합한 형태의 조리개 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 예시된 실시예에서, 조리개 플레이트(13)는 상이한 조명 모드가 선택될 수 있도록 하는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태를 갖는다. 본 예에서의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 조리개 플레이트(13N)은, 단지 설명을 목적으로 "북쪽"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 조리개 플레이트(13S)는 유사한 조명을 제공하지만 "남쪽"으로 표시된 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위해 이용된다. 상이한 조리개를 사용함으로써 다른 모드의 조명도 가능하다. 요구되는 조명 모드 밖의 임의의 불필요한 광은 요구되는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 동공면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 기판(W)이 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인 상태로 배치된다. 기판(W)은 지지체(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도로 타겟(T) 상에 충돌하는 측정 방사선 광선(I)은 하나의 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(일점쇄선 +1과 이점쇄선 -1)을 발생시킨다. 오버필된 소형 타겟을 이용하는 경우, 이들 광선은 계측 타겟(T) 및 기타 피처를 포함한 기판의 영역을 커버하는 다수의 평행 광선 중의 단지 하나가 된다는 점을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 조리개가 (유용한 광량을 허용하는데 필요한) 한정된 폭을 가지므로, 입사 광선(I)은 실제로는 일정 범위의 각도를 점유할 것이고, 회절 광선 0차와 +1/-1차가 다소 확산될(spread out) 것이다. 소형 타겟의 포인트 확산 기능에 따라, 각각의 차수 +1과 -1은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 선이 아니라 일정 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다. 타겟의 격자 피치 및 조명 각도는 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙의 광축과 근접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 도 3(a) 및 (b)에 예시된 광선은 순전히 이들이 도면에서 보다 용이하게 구별될 수 있도록 하기 위해 다소 축에서 벗어난 것으로 도시되어 있다.
기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 적어도 0차와 +1차 회절 광선은 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 역으로 지향된다. 도 3(a)로 돌아가서, 제1 조명 모드와 제2 조명 모드 둘 모두가 북쪽(N)과 남쪽(S)으로 표시된 정반대 측의 조리개를 지정함으로써 예시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽 측으로부터 기인한 것인 경우, 즉 제1 조명 모드가 조리개 플레이트(13N)를 이용하여 적용된 경우에는, +1(N)으로 표시되는 +1차 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 조리개 플레이트(13S)를 이용하여 적용된 경우에는, -1(S)로 표시되는 -1차 회절 광선이 렌즈(16)에 진입하는 광선이 된다.
제2의 빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 브랜치로 분할한다. 제1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(동공면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 충돌하며, 이로써 이미지 처리가 차수를 비교하고 대비(contrast)할 수 있게 된다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 동공면 이미지는 계측 장치를 포커싱하거나 및/또는 1차 빔의 세기 측정치를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 동공면 이미지는 또한 재구성과 같은 수많은 측정 목적을 위해 사용될 수 있다.
제2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 브랜치에서, 동공면에 공액 관계를 이루는 평면에 구경 조리개(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하도록 기능한다. 센서(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이러한 이미지를 처리하는 프로세서(PU)에 출력되며, 프로세서의 기능은 수행되는 측정의 특정한 타입에 좌우될 것이다. "이미지"라는 표현은 본 명세서에서는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의하기 바란다. 이와 같은 격라 라인의 이미지는 -1 및 +1 차수 중의 하나만이 제공되는 경우에는 형성되지 않을 것이다.
도 3에 도시된 조리개 플레이트(13) 및 시야 조리개(21)의 구체적인 형태는 단지 예에 불과하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 타겟의 축상 조명이 사용되고, 실질적으로 단지 하나의 1차 회절 광만을 센서에 통과시키기 위하여 축외 조리개를 갖는 구경 조리개가 사용된다. 또 다른 실시예에서, 측정에 있어서 1차 빔 대신 또는 1차 빔에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔(도 3에 도시되지 않음)이 사용될 수 있다
측정 방사선을 이들 상이한 타입의 측정에 적합화시키기 위해, 조리개 플레이트(13)는 원하는 패턴을 제 위치에 놓이도록 회전하는 디스크 둘레에 형성된 다수의 조리개 패턴을 포함할 수 있다. 조리개 플레이트(13N 또는 13S)는 하나의 방향(설정에 따라 X 또는 Y)으로 배향된 격자를 측정하는 데에만 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 직교 격자의 측정을 위해, 90 ° 및 270 °만큼 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 이를 이용하는 것과 장치의 수많은 기타 변형예 및 응용예가 위에서 언급한 종래의 특허 문헌에 기술되어 있다.
도 3(c)는 공지된 방법에 따라 기판 상에 형성된 (복합) 타겟을 도시한다. 이러한 예에서의 타겟은 조밀하게 함께 위치된 4개의 격자들(25a 내지 25d)을 포함하여, 이들이 계측 장치의 계측 방사선 조명 빔에 의해 형성된 하나의 측정 씬(scene) 또는 측정 스팟(24) 내에 모두 있게 된다. 4개의 격자는 모두 동시에 조명되고 센서(19 및 23) 상에 동시에 이미징된다. 오버레이의 측정에 전용화된 예에서, 격자들(25a 내지 25d)은 그 자체로, 기판(W) 상에 형성된 반도체 소자의 상이한 층들에 패터닝되는 중첩되는 격자들에 의해 형성된 복합 격자들이다. 격자(25a 내지 25d)는 복합 격자의 상이한 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위해 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋들(층들 사이의 의도적인 불일치)을 가질 수도 있다. 이러한 기술은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 더 이상 설명하지 않는다. 또한, 격자(25a 내지 25d)는 X 및 Y 방향으로 입사하는 방사선을 회절시키도록, 도시된 바와 같이 그 배향이 다를 수 있다. 일 예시에서, 격자(25a 및 25c)는 각각 + d 및 -d의 바이어스를 갖는 X 방향 격자이다. 격자(25b 및 25d)는 각각 오프셋(+ d 및 -d)을 갖는 Y 방향 격자이다. 이들 격자의 별개의 이미지가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 타겟의 한 가지 예시일 뿐이다. 타겟은 4개보다 많거나 4개보다 적은 격자를 포함하거나 또는 하나의 격자만을 포함할 수도 있다.
도 3(d)는 도 3(a)의 장치에서 도 3(c)의 타겟을 사용하여, 센서(23) 상에 형성되어 검출될 수 있는 이미지의 예를 도시한다. 동공면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 격자들(25a 내지 25d)을 분해할 수는 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 직사각형은, 기판 상의 조명된 스팟(24)이 대응하는 원형 영역(26)으로 이미징되는, 센서 상의 이미지의 필드를 나타낸다. 이러한 직사각형 내에서, 직사각형 영역(27a 내지 27d)은 작은 타겟 격자(25a 내지 25d)의 이미지를 나타낸다. 타겟이 제품 영역에 있는 경우 이러한 이미지 필드의 주변부에 제품 피처가 보일 수도 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 패턴 인식을 사용해 이들 이미지를 처리하여 격자(25a 내지 25d)의 개별 이미지(27a 내지 27d)를 식별한다. 이런 식으로, 이미지는 센서 프레임 내의 특정 위치에 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이는 전체적으로 측정 장치의 처리량을 크게 개선한다.
일단 격자의 개별 이미지가 식별되면, 이러한 개별 이미지의 세기가, 예를 들어 식별된 영역 내에서 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기 및/또는 다른 특성을 서로 비교할 수 있다. 리소그래피 공정의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 이러한 결과는 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예이다.
계측 장치의 성능은 그 광학 측정의 품질에 따라 달라진다. 상세한 설명의 도입부에서 설명한 바와 같이 광학 측정의 품질은 표유 방사선의 다양한 원인에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 표유 방사선의 특정 효과는 고스팅(ghosting)이라 불리기도 한다. 표유 방사선은 신호 대 노이즈 비율을 바람직하지 않게 감소시킨다. 노이즈는 계측 타겟에 인접한 제품 구조체로부터 원치 않는 산란으로 인해 발생할 수도 있으며, 이로 인해 신호 대 노이즈 비율이 더 감소될 수 있다.
일 실시예에서, 계측 장치를 사용하여 기판(W)을 검사하는 방법이 제공된다. 이러한 방법 및 계측 장치는 표유 방사선, 제품 구조체로부터의 산란, 및/또는 다른 노이즈 소스와 연관된 노이즈를 차단함으로써 신호 대 노이즈 비율을 개선한다.
계측 장치의 일 실시예가 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 조명 방사선은 파선으로 표시되어 있다. 회절된 방사선은 실선으로 표시되어 있다. 이러한 방법은 방사선 소스(50)에 의해 방출된 소스 방사선 빔(131)을 측정 빔(132)과 기준 빔(133)으로 분할하는 단계를 포함한다. 분할은 빔 스플리터(52)에 의해 수행된다. 제1 타겟은 측정 빔(132)에 의해 조명된다. 제1 타겟은 기판(W) 상에 제공된다. 제2 타겟은 기준 빔(133)에 의해 조명된다. 제2 타겟은 기판(W)으로부터 분리되어 있다(즉, 기판(W) 상에 제공되지 않는다). 일 실시예에서, 제2 타겟은 공간 광 변조기(90)(SLM)에 의해 제공된다. 일 실시예에서, SLM(90)은 위상 격자를 형성한다. 이하에 설명하는 바와 같이, 제2 타겟은 제1 타겟의 패턴과 매칭되는 패턴을 제공할 필요가 있다. SLM은 이러한 매칭을 복수의 상이한 제1 타겟들에 대해 유연하게 제공할 수 있다. 따라서, 상이한 제1 타겟의 측정이 요구될 때, 동일한 SLM(90)이 적절한 제2 타겟을 생성하는 데 사용될 수 있다. 그러나 SLM에 의해 반드시 제2 타겟이 제공되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 제2 타겟은 고정된 구조체에 의해 제공된다. 제1 타겟이 변경되면, 고정된 구조는 이러한 새로운 제1 타겟에 적합한 제2 타겟을 포함하는 상이한 고정된 구조로 대체될 수 있다.
제1 산란 방사선(134)이 제1 타겟으로부터 집광되어 검출기(80)로 전달된다. 제2 산란 방사선(135)은 제2 타겟으로부터 집광되어 검출기(80)로 전달된다. 제1 산란 방사선은 검출기(80)에서 제2 산란 방사선과 간섭한다. 검출기(80)는 간섭에 기인한 방사선 세기를 검출한다. 검출기(80)는 이미지 평면 또는 동공면에서 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출하도록 구성될 수 있다. 제1 타겟은 제1 패턴(예를 들어, 격자와 같은 주기적 구조 또는 임계 치수(CD)를 측정하기에 적합한 구조 등의 비주기적인 구조)를 포함한다. 제2 타겟은 제2 패턴 또는 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함한다. 제1 패턴은 제2 패턴과 기하학적으로 동일한 것이거나, 또는 제1 패턴과 제2 패턴은 주기적이고 제1 패턴의 피치는 제2 패턴의 피치와 동일한 것이거나, 또는 양자 모두이다. 제1 패턴과 제2 패턴이 기하학적으로 동일한 경우, 제1 패턴 내의 각 형상은 형상, 크기 및 배향이 동일한 제2 패턴 내에 대응하는 형상을 가질 것이며, 제1 패턴 내의 모든 형상의 상대적인 위치는 제2 패턴 내의 모든 형상의 상대적인 위치와 동일하게 될 것이다. 제1 패턴이 제2 패턴 상에 중첩되면, 제1 패턴 내의 모든 형상의 경계선은 제2 패턴 내의 모든 형상을 한정하는 경계선과 일치하게 될 것이다.
따라서, 동일한 소스(50)로부터의 방사선이 2개의 개별적인 광학적 브랜치를 통해 독립적으로 전파되도록 분할되는 배치구성이 제공된다. 기판 브랜치(61)로 지칭될 수 있는 제1 광학 브랜치는 기판(W) 및 기판(W) 상의 제1 타겟을 포함한다. 기준 브랜치(62)로 지칭될 수 있는 나머지 광학 브랜치는 제2 타겟(예를 들어, SLM)을 포함한다. 기판 브랜치(61) 및 기준 브랜치(62)는 마이켈슨 간섭계의 방식으로 작동하도록 구성된다. 일 실시예에서, 기준 브랜치(62)는 각 브랜치 내의 타겟을 제외하고는 기판 브랜치(61)와 광학적으로 동일하다: 기판 브랜치에서, 제1 타겟은 기판(W) 상에 제공되는 반면, 기준 브랜치에서는 예를 들어 SLM을 이용하여 제2 타겟이 별도로 제공된다. 기판 브랜치(61)는 도 3(a)에 도시된 대물 렌즈(16)와 유사한 방식으로 구성된 대물 렌즈(16)를 포함할 수 있다. 이 경우 기준 브랜치(62)는 (제2 타겟이 제2 패턴의 동공면 이미지가 아닌 제2 패턴을 포함하는 경우) 대물 렌즈(16)에 대응하는 방식으로 구성되고 위치된 렌즈(56)를 포함할 것이다. 일 실시예에서, 방사선 소스(50)는 도 3(a)의 소스(11), 광학 렌즈(12 및 14), 및 플레이트(13) 중 하나 이상에 대응하는 컴포넌트를 포함한다. 그러한 실시예 및 다른 실시예에서, 검출기(80)는 도 3의 광학 시스템(20, 22), 개구 조리개(21) 및 센서(23) 중 하나 이상에 대응하는 컴포넌트를 포함한다. 따라서, 방사선 소스(50), 빔 스플리터(52), 기판 브랜치(61) 및 검출기(80)의 조합은 도 3(a)의 제2 측정 브랜치를 통해 측정에 수반되는 컴포넌트를 사용하여 구현될 수 있다. 그러나, 기준 브랜치(62)의 추가는 도 3(a)의 제2 측정 브랜치의 표준적인 구현을 사용할 때 통상적으로 가능한 것보다 높은 신호 대 노이즈 비율을 달성할 수 있게 한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 검출기(80)는 제1 센서(19) 상의 회절 스펙트럼(동공면 이미지)을 검출하기 위해 도 3(a)의 광학 시스템(18) 및 제1 센서(19)에 대응하는 컴포넌트를 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서, 방사선 소스(50), 빔 스플리터(52), 기판 브랜치(61) 및 검출기(80)의 조합은 도 3(a)의 제1 측정 브랜치를 통해 측정에 수반되는 컴포넌트를 사용하여 구현될 수 있다. 그러나, 기준 브랜치(62)의 추가는 도 3(a)의 제1 측정 브랜치의 표준적인 구현을 사용할 때 통상적으로 가능한 것보다 높은 신호 대 노이즈 비율을 달성할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 제2 타겟은 제2 패턴을 포함하고, 제1 타겟과 검출기(80) 사이의 제1 산란 방사선(134)의, 제1 타겟에 대한 광 경로(특히, 방사선 소스에 의해 제공된 방사선의 각 주파수에 대한 제1 타겟으로부터의 경로 길이)는, 제2 타겟과 검출기(80) 사이의 제2 산란 방사선(135)의, 제2 타겟에 대한 광 경로(특히, 방사선 소스에 의해 제공된 방사선의 각 주파수에 대한 제2 타겟으로부터의 경로 길이)와 동일하다. 제2 타겟이 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하는 대안적인 실시예에서는, 제1 타겟의 동공면 이미지와 검출기(80) 사이의 제1 산란 방사선(134)의, 제1 타겟의 동공면 이미지에 대한 광 경로는, 제2 타겟과 검출기(80) 사이의 제2 산란 방사선(135)의, 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일하다. 두 경우 모두, 동일한 광 경로는 시스템을 통과하는 방사선의 모든 파장에 대해 기판 브랜치(61)로부터의 방사선과 기준 브랜치(62)로부터의 방사선 사이에 간섭이 발생하도록 보장한다. 방사선의 상이한 파장에 대해, 방사선이 기판 브랜치(61)를 통해 전파되든지 또는 기준 브랜치(62)를 통해 전파되든지 상관 없이, 시스템을 통과하는 전체 경로 길이는 상이할 것이다. 이것은 회절 각도(주어진 회절 차수가 제1 타겟 및 제2 타겟을 떠나는 각도를 결정)가 방사선의 파장에 의존하기 때문이다. 그러나, 적어도 기판 브랜치(61) 내의 동공면 이미지와 검출기(80) 사이에서 기판 브랜치(61)를 통과하는 경로 길이는, 적어도 기준 브랜치(62) 내의 동공면 이미지와 검출기(80) 사이에서 기준 브랜치(62)를 통과하는 경로 길이와 동일할 것이다. 이는 방사선 소스(50)가 큰 대역폭을 갖는 경우라 할지라도 모든 파장의 방사선에 대해 간섭이 발생함을 의미한다.
그러나, 간섭은 제1 패턴 및 제2 패턴(또는 제2 패턴의 동공면 이미지)으로부터 산란된 방사선 사이에서만 발생할 것이다. 산란된 방사선의 이러한 두 개의 소스만이 정확한 각도로 산란될 것이고 시스템을 통해 동일한 경로 길이를 갖게 될 것이다. 산란된 방사선의 다른 소스(예컨대, 고스팅(ghosting)으로부터 또는 제1 패턴에 인접한 제품 구조체로부터의 표유 방사선)는 간섭에 기여하지 않을 것이다(또는 훨씬 적게 기여할 것이다). 따라서 산란된 방사선의 원치 않는 소스로부터의 부정적인 영향이 감소되거나 제거되어 시스템에 의해 달성되는 신호 대 노이즈 비율이 개선된다.
일 실시예로서, 제1 패턴의 외측 윤곽은 제2 패턴의 외측 윤곽과 실질적으로 동일한 형상, 또는 실질적으로 동일한 크기 또는 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 크기이다. 간섭은 매칭되는 패턴(즉, 동일한 패턴 또는 주기적 패턴의 경우 적어도 동일한 피치를 갖는 패턴) 사이에서만 크게 발생할 수 있다. 제1 패턴 및 제2 패턴이 그들의 외측 형상 및 치수의 관점에서 서로 매칭되도록 구성함으로써, 검출기(80)에서 간섭하여 출력 신호에 기여하게 되는 원하는 방사선의 양이 증가한다. 제1 패턴의 형상 및 크기에 의해 규정된 영역의 외부에 위치되는 기판 상의 임의의 구조체는, 대응되는 구조체가 제2 타겟에 존재하지 않는 한 기여하지 않을 것이며, 따라서 실질적으로 (공간적으로) 필터링된다. 이러한 프로세스는 공간 필터링이라고 할 수 있다.
일 실시예에서, 신호 대 노이즈 비율은 위상 감응 검출을 이용하여 더 향상된다. 위상 감응 검출은 제2 산란 방사선에 시변 위상 변조를 적용하여 구현된다. 위상 변조는 예를 들어 SLM(90)을 사용하여 적용될 수 있다. 도 4의 예에서, SLM(90)의 위상 변조를 구동하고 검출기(80)에 의해 측정된 신호에 로크-인 처리를 적용하는 로크-인 제어기(92)가 제공된다. 이러한 방식으로 기준 브랜치(62)로부터의 방사선을 위상 변조하게 되면, 동일한 방식으로(즉, 동일한 주파수로) 위상 변조된, 검출기(80)에 의해 검출된 방사선의 성분들만을 추출하기 위해 (위상 감응 검출의 분야에서 널리 알려진) 로크-인 검출 원리를 이용하는 것이 가능해진다. 위상 감응 검출은 검출기(80)로부터의 출력이 위상 변조의 주파수에 기초하여 필터링되도록 효과적으로 허용한다. 동적 노이즈(예를 들어, 검출기 노이즈, 소스 노이즈, 환경적 노이즈)로부터의 기여분은 주파수의 역수(1/주파수)의 함수로서 감소되며, 여기서 "주파수"는 기준 브랜치(62)에 적용된 위상 변조의 주파수이다. 이러한 효과는 표유 방사선의 부정적인 영향을 추가로 감소시키고 상술한 공간 필터링을 향상시킨다. 따라서 신호 대 노이즈 비율이 향상된다.
또한, 시변 위상 변조는 세기 뿐만 아니라 위상 정보가 검출기(80)에서 추출될 수 있게 한다. 이러한 위상 정보는 단순히 세기만이 아니라 실질적으로 전체 전기장이 검출될 수 하여, 기판(W) 상의 타겟에 관한 추가의 정보가 검출기로부터의 출력으로부터 추출될 수 있게 한다. 위상 정보는 통상의 기술자에게 위상 언래핑(phase unwrapping)으로 알려진 프로세스를 사용하여 얻을 수 있다.
도 4의 예에서, SLM(90)은 기판 브랜치(61) 내에서의 제1 패턴의 평면에 대응하는 기준 브랜치(62) 내에서의 평면에 제2 패턴을 생성한다(즉, 제1 패턴과 제2 패턴으로부터 검출기(80)까지의 경로 길이가 동일함). 전술한 바와 같이, SLM(90)을 기준 브랜치(62) 내의 동공면에 위치시키고, 제2 패턴의 회절 스펙트럼에 대응하는 패턴을 형성하도록 SLM(90)을 구성하는 것도 가능하다. 이러한 방식으로, SLM(90)으로부터 검출기(80)를 향해 전파하는 방사선은, SLM(90)이 도 4에 도시된 바와 같이 위치되고 회절 스펙트럼이 아니라 제2 패턴 자체를 형성하도록 구성된 경우와 정확히 동일할 것이다. SLM(90)에 의해 형성된 패턴은 동일한 방식으로 위상 감응 검출을 구현하기 위해 위상 변조될 수 있다. 이러한 방식으로 SLM(90)을 동공면에 위치시키면, SLM(90)이 제2 패턴을 직접 생성하는 경우와 비교하여, 극도로 작은 픽셀에 대한 요구를 바람직하게 줄일 수 있다.
간섭은 외부 진동에 매우 민감하다. 외부 진동은 간섭의 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 위상 감응 검출은 진동에 대한 감도를 크게 줄이며. 특히 진동이 위상 감응 검출에 사용되는 주파수 대역 밖에 있는 경우에 그러하다.
위상 감응 검출은 수학적으로 다음과 같이 기술될 수 있다.
기판(W) 상의 타겟으로부터 (예를 들어, 제1 패턴으로부터) 회절된 필드는
Figure 112019047917013-pct00001
로 주어지고, 여기서
Figure 112019047917013-pct00002
이다.
기준 브랜치(62)에서 대응하는 타겟으로부터(예를 들어, 제2 패턴으로부터) 회절된 필드는
Figure 112019047917013-pct00003
로 주어지고, 여기서
Figure 112019047917013-pct00004
이다.
값
Figure 112019047917013-pct00005
은 기판 브랜치(61)로부터 유래된 회절 신호의 공간 분해된 위상이다. 값
Figure 112019047917013-pct00006
은 기준 브랜치(62)로부터 유래된 신호의 공간 분해된 위상이다. 이러한 위상은 SLM(90)에 의해 제공되는 선택된 주파수에서 변조된다.
검출기(80)에 의해 수광된 방사선 세기는 다음과 같이 기재될 수 있다:
Figure 112019047917013-pct00007
Figure 112019047917013-pct00008
은 기준 브랜치(62)로부터의 세기에 대응하고;
Figure 112019047917013-pct00009
은 기판 브랜치(61)로부터의 세기에 대응하고;
Figure 112019047917013-pct00010
은 주파수가 광학 주파수의 2배인 시변 광학 신호이고(따라서 등록하기에는 너무 빠르기 때문에 이러한 항의 유효 기여분은 0이 됨);
Figure 112019047917013-pct00011
은 위상 변조의 주파수에서 변화하는 시변 광학 신호이고(이는 로크-인 검출을 위한 관심 대상 신호임);
Figure 112019047917013-pct00012
은 소정 주파수 범위에 분산되어 있는 동적 노이즈 소스의 기여분을 나타내는 노이즈 항이다.
로크-인 처리는 다음 신호를 추출한다:
Figure 112019047917013-pct00013
노이즈의 기여분은 위상 변조의 좁은 대역폭
Figure 112019047917013-pct00014
으로 제한되므로 기여분이 작다. 그러므로 나머지 항
Figure 112019047917013-pct00015
이 기판상의 타겟으로부터의(예컨대, 제1 패턴으로부터의) 회절에 대한 정확한 진폭 및 위상 정보를 제공한다.
이러한 프로세스는 도 5에 도시된 바와 같이 시각화될 수 있다. 방사선은 검출기(80)에 의해 관심 대상 영역(110)(좌측 상단) 내에서 검출된다. 방사선은 기판(W) 상의 타겟으로부터의 기여분(112)을 포함한다. 이러한 예에서, 기여분(112)은 4개의 개별 영역(4개의 정사각형) 내의 방사선을 포함하고, 각 영역은 상이한 제1 패턴에 대응한다. 타겟은 도 3(c)를 참조하여 전술한 바와 같이 4개의 바이어싱된 격자를 포함하는 복합 타겟일 수 있다. 관심 대상 영역(110) 내의 방사선은 기판(W) 상의 타겟에 인접한 제품 구조체로부터 산란된 방사선(114) 및 표유 방사선(116)(예를 들어, 고스트 패턴)을 더 포함한다. 검출기(80)에 의해 검출된 방사선은 위상 변조된, 기준 브랜치(62)로부터의 기여분(118)(우측 상단)을 더 포함한다. 결과적인 간섭 패턴 및 로크-인 프로세스는 단지 기여분(112)(좌측 상단)과 기여분(118)(우측 상단) 사이의 간섭으로 인한 기여분(120)을 포함하는 신호를 제공한다. 기여분(114 및 116)(및 진동과 같은 다른 소스)으로부터의 노이즈는, (경로 길이가 동일한 경우에만, 즉 SLM(90) 상의 패턴이 기판(W) 상에서 타겟 상의 패턴에 매칭되는 공간 영역에서, 신호의 추출을 선호하는) 간섭 기법 자체에 의해 제공되는 공간 필터링과, (SLM(90)에 적용되는 변조 주파수에서 위상 변조가 있는 경우에만 신호의 추출을 선호하는) 로크-인 처리 양자 모두에 의해 제거 또는 감소된다.
검출기(80)에서의 간섭에 의해 생성된 방사선 세기는 측정 중인 기판(W) 상의 타겟의 세부 사항 및 시변 위상 변조가 적용되었는지 여부에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다. 간섭은 예를 들어, 간섭에 수반되는 방사선 성분에 시변 위상 변조가 적용되지 않는 경우, 줄무늬(fringe)를 포함하는 하나 이상의 간섭 패턴을 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 균일한 세기의 하나 이상의 영역이 시변 위상 변조가 적용된 성분을 수반하는 간섭으로부터 형성될 수 있다. 시변 위상 변조가 사용되는 경우 위상 언래핑을 사용하여 위상 맵을 얻을 수 있다. 도 5를 참조하여 상술한 것과 같은 타겟의 경우에, 검출기(80)에서의 방사선 세기는 비교적 균일한 세기의 4개의 영역을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 검출기(80)는 적은 수의 별개의 센서, 예를 들어 4개의 포토 다이오드를 이용하여 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 검출기(80)에서의 방사선 세기는 그 이상의 공간 구조를 포함할 수 있고, 그에 따라 검출기(80)는 더 높은 공간 분해능(즉, 더 많은 픽셀을 가짐)으로 방사선 세기를 기록하도록 구성될 수 있다. 검출기(80)는 도 3(a)의 센서(23) 또는 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)와 같은 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 검출기(80)에서의 동적 범위를 제어하기 위해 제1 산란 방사선의 신호 레벨의 함수로서 제2 산란 방사선을 필터링하는 단계를 더 포함한다. 전술한 바와 같이, 관심 대상 신호의 크기는 곱
Figure 112019047917013-pct00016
에 비례하며, 여기서
Figure 112019047917013-pct00017
는 기판 브랜치(61)로부터의 방사선(제1 산란 방사선)과 연관된 필드 진폭이고,
Figure 112019047917013-pct00018
은 기준 브랜치(62)로부터의 방사선(제2 산란 방사선)과 연관된 필드 진폭이다. 제2 산란 방사선을 필터링함으로써,
Figure 112019047917013-pct00019
을 제어하는 것이 가능해지고, 따라서 전체 신호 레벨
Figure 112019047917013-pct00020
을 제어하는 것이 가능해진다. 전체 신호 레벨은 양호한 동적 범위(따라서 높은 신호 대 노이즈 비율)를 달성하도록 제어될 수 있다. 예를 들어,
Figure 112019047917013-pct00021
이 비교적 높은 것으로 밝혀진 경우(밝은 웨이퍼), 필터링은 비교적 높은 신호 대 노이즈 비율을 달성하기 위해 비교적 낮은
Figure 112019047917013-pct00022
를 선택할 수 있다. 반대로,
Figure 112019047917013-pct00023
이 떨어진 경우, 동일한 신호 대 노이즈 비율을 유지하거나 적어도 수용 가능한 정도로 높은 신호 대 노이즈 비율로 유지하도록 적절한 필터링(또는 필터링의 제거)에 의해
Figure 112019047917013-pct00024
에 대해 더 높은 값이 선택될 수 있다. 필터링은 당업자에게 알려진 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 도 4에 도시된 예에서, 전동 휠 상에 장착된 상이한 세기의 복수의 필터를 포함하는 전동 필터 시스템(100)이 제공된다. 휠의 회전에 의해 상이한 필터들이 기준 브랜치(62) 내의 방사선 경로 내로 선택적으로 위치할 수 있고, 이에 의해 제2 산란 방사선의 필터링에 대한 요구되는 제어를 제공하게 된다.
일반적인 구현예로서, 위상 감응 검출은 간섭측정 노이즈 감소로 인하여 동적 범위를 10-102 만큼 개선할 것으로 예상된다. 제2 산란 방사선의 제어 가능한 필터링은 동적 범위를 추가로 1-102 만큼 개선할 것으로 예상된다. 따라서 전체 동적 범위 향상은 10-104 의 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 위상 감응 검출 또는 제2 산란 방사선의 필터링 제어를 이용하지 않는 구현예에서 기판(W)으로부터 회절된 방사선 중 1 μW가 수용 가능한 신호 대 노이즈 비율을 달성하기 위해 필요한 것으로 밝혀졌다면, 이에 비해 위상 감응 검출 및 제2 산란 방사선의 필터링 제어를 사용하는 실시예에서는, 기판(W)으로부터 회절된 방사선 중 단지 100 nW 내지 0.1 nW 로도 동일한 신호 대 노이즈 비율을 달성할 수 있을 것이다. 매우 작은 레벨의 회절된 광으로도 높은 신호 대 노이즈 비율을 달성할 수 있는 능력에 의해 더 긴 측정(예를 들어, 적절한 신호 대 노이즈 비율을 얻기 위해 신호를 더 길게 적분)을 수행할 필요가 줄어든다. 따라서 처리량이 향상된다.
본 명세서에 개시된 개념은 모니터링 목적으로 구조체에 대한 리소그래피 후(post-lithography) 측정 이외에도 유용성을 찾을 수 있다. 예를 들어 이러한 검출기 아키텍처는, 패터닝 프로세스 동안 기판을 정렬하기 위해 리소그래피 장치에 사용되는 동공면 검출에 기초하는 장래의 정렬 센서 개념에 이용될 수도 있다.
앞서 기술한 타겟은 측정의 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 이와 다른 실시예에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분에 해당하는 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 많은 디바이스가 규칙적이고 격자 모양인 구조를 가지고 있다. 본 명세서에서 사용되는 "타겟 격자" 및 "타겟"이라는 용어는 수행되는 측정을 위해 특별히 구조체가 제공될 것을 요하지 않는다.
계측 장치는 도 2를 참조하여 상술한 리소그래피 셀(LC)과 같은 리소그래피 시스템에 사용될 수 있다. 리소그래피 시스템은 리소그래피 프로세스를 수행하는 리소그래피 장치(LA)를 포함한다. 리소그래피 장치는 후속하는 리소그래피 프로세스를 수행할 때, 예를 들어 후속하는 리소그래피 프로세스를 개선하기 위해, 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 구조체의 계측 장치에 의한 측정 결과를 이용하도록 구성될 수 있다.
일 실시예는, 리소그래피 프로세스에 관한 정보를 얻기 위해 구조체 상의 타겟을 측정하고 및/또는 측정치를 분석하는 방법을 기술하는 기계 판독 가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 또한, 그러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 기존 리소그래피 또는 계측 장치가 이미 생산 및/또는 사용 중에 있는 경우, 본 발명은 프로세서로 하여금 여기에 설명된 방법을 수행하게 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품을 제공함으로써 구현될 수 있다.
본 명세서에서는, 집적회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대해 특정하게 언급하였지만, 본원에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 레티클, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 기타 응용예들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 다른 응용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예컨대 트랙(전형적으로 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 계측 툴, 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 경우, 이러한 기판 처리 툴과 여타 기판 처리 툴에 본 명세서의 개시 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예컨대 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 지칭할 수도 있다.
본 발명에 따른 추가 실시예는 아래의 번호가 매겨진 조항에서 추가로 기술된다.
1. 기판을 검사하는 방법으로서,
방사선 소스에 의해 방출된 소스 방사선 빔을 측정 빔과 기준 빔으로 분할하는 단계;
상기 측정 빔으로 상기 기판 상에 있는 제1 타겟을 조명하는 단계;
상기 기판으로부터 분리되어 있는 제2 타겟을 상기 기준 빔으로 조명하는 단계;
상기 제1 타겟으로부터의 제1 산란 방사선을 집광하고 상기 제1 산란 방사선을 검출기에 전달하는 단계; 및
상기 제2 타겟으로부터의 제2 산란 방사선을 집광하고 상기 제2 산란 방사선을 상기 검출기에 전달하는 단계를 포함하고,
제1 산란 방사선은 상기 검출기에서 제2 산란 방사선과 간섭하고;
상기 제1 타겟은 제1 패턴을 포함하고;
상기 제2 타겟은 제2 패턴 또는 상기 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하며;
상기 제1 패턴은 상기 제2 패턴과 기하학적으로 동일하거나, 또는 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 주기적이고 상기 제1 패턴의 피치는 상기 제2 패턴의 피치와 동일한 것인, 기판 검사 방법.
2. 제1조항에 있어서, 상기 제2 타겟은 상기 제2 패턴을 포함하고, 상기 제1 타겟과 상기 검출기 사이의 상기 제1 산란 방사선의, 상기 제1 타겟에 대한 광 경로는, 상기 제2 타겟과 상기 검출기 사이의 제2 산란 방사선의, 상기 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일한, 기판 검사 방법.
3. 제1조항에 있어서, 상기 제2 타겟은 상기 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하고, 상기 제1 타겟의 동공면 이미지와 상기 검출기 사이의 상기 제1 산란 방사선의, 제1 타겟의 동공면 이미지에 대한 광 경로는, 상기 제2 타겟과 상기 검출기 사이의 제2 산란 방사선의, 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일한, 기판 검사 방법.
4. 제1조항 내지 제3조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 패턴의 외측 윤곽은 상기 제2 패턴의 외측 윤곽과 실질적으로 동일한 형상, 실질적으로 동일한 크기 또는 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 크기인, 기판 검사 방법.
5. 제1조항 내지 제4조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제2 타겟은 공간 광 변조기를 포함하는, 기판 검사 방법.
6. 제1조항 내지 제5조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제2 산란 방사선에 시변 위상 변조를 적용하는 단계를 더 포함하는, 기판 검사 방법.
7. 제6조항에 있어서, 상기 제2 타겟은 공간 광 변조기를 포함하고, 상기 시변 위상 변조는 상기 공간 광 변조기를 사용하여 적용되는, 기판 검사 방법.
8. 제6조항 또는 제7조항에 있어서, 위상 변조의 주파수에 기초하여 상기 검출기로부터의 출력을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 기판 검사 방법.
9. 제1조항 내지 제8조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 검출기에서의 동적 범위를 제어하기 위해 상기 제1 산란 방사선의 신호 레벨의 함수로서 상기 제2 산란 방사선을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 기판 검사 방법.
10. 기판을 검사하기 위한 계측 장치로서,
소스 방사선 빔을 제공하도록 구성된 방사선 소스;
상기 소스 방사선 빔을 측정 빔과 기준 빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터; 및
광학 시스템을 포함하고, 상기 광학 시스템은:
상기 측정 빔으로 상기 기판 상에 있는 제1 타겟을 조명하고;
상기 기판으로부터 분리되어 있는 제2 타겟을 상기 기준 빔으로 조명하며;
상기 제1 타겟으로부터의 제1 산란 방사선을 집광하고 상기 제1 산란 방사선을 검출기에 전달하고;
상기 제2 타겟으로부터의 제2 산란 방사선을 집광하고 상기 제2 산란 방사선을 상기 검출기에 전달하도록 구성되고,
상기 광학 시스템은 상기 제2 산란 방사선이 상기 검출기에서 상기 제1 산란 방사선과 간섭하도록 상기 검출기에 전달되도록 구성되며;
상기 제1 타겟은 제1 패턴을 포함하고;
상기 제2 타겟은 제2 패턴 또는 상기 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하며;
상기 제1 패턴은 상기 제2 패턴과 기하학적으로 동일하거나, 또는 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 주기적이고 상기 제1 패턴의 피치는 상기 제2 패턴의 피치와 동일한 것인, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
11. 제10조항에 있어서, 상기 제2 타겟은 상기 제2 패턴을 포함하고, 상기 광학 시스템은, 상기 제1 타겟과 상기 검출기 사이의 상기 제1 산란 방사선의, 상기 제1 타겟에 대한 광 경로는, 상기 제2 타겟과 상기 검출기 사이의 제2 산란 방사선의, 상기 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일하도록 구성되는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
12. 제10조항에 있어서, 상기 제2 타겟은 상기 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하고, 상기 광학 시스템은, 상기 제1 타겟의 동공면 이미지와 상기 검출기 사이의 상기 제1 산란 방사선의, 제1 타겟의 동공면 이미지에 대한 광 경로는, 상기 제2 타겟과 상기 검출기 사이의 제2 산란 방사선의, 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일하도록 구성되는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
13. 제10조항 내지 제12조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 패턴의 외측 윤곽은 상기 제2 패턴의 외측 윤곽과 실질적으로 동일한 형상, 실질적으로 동일한 크기 또는 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 크기인, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
14. 제10조항 내지 제13조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제2 타겟은 공간 광 변조기를 포함하는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
15. 제10조항 내지 제14조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 장치는 상기 제2 산란 방사선에 시변 위상 변조를 적용하도록 구성되는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
16. 제15조항에 있어서, 상기 제2 타겟은 공간 광 변조기를 포함하고 상기 시변 위상 변조는 상기 공간 광 변조기를 이용하여 적용되는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
17. 제15조항 또는 제16조항에 있어서, 상기 장치는 위상 변조의 주파수에 기초하여 상기 검출기로부터의 출력을 필터링하도록 구성되는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
18. 제10조항 내지 제17조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 검출기에서의 동적 범위를 제어하기 위해서 상기 제1 산란 방사선의 신호 레벨의 함수로서 상기 제2 산란 방사선을 필터링하도록 구성되는 필터 시스템을 더 포함하는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
19. 리소그래피 시스템으로서,
리소그래피 프로세스를 수행하도록 구성된 리소그래피 장치; 및
제10조항 내지 제18조항 중 어느 한 조항에 따른 계측 장치를 포함하고,
상기 리소그래피 장치는 리소그래피 프로세스에서 상기 계측 장치를 이용하여 획득된 기판 검사 결과를 이용하도록 되어 있는, 리소그래피 시스템.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 발명은 다른 응용예, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서도 이용될 수 있고, 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않음이 인식될 것이다. 임프린트 리소그래피에서 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성되는 패턴을 규정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있고, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후 레지스트로부터 떨어지도록 분리되어 레지스트에 패턴을 남겨둔다.
본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV)선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV)선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선 뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔 등의 입자 빔을 포괄한다.
문맥이 허용하는 경우, "렌즈"라는 용어는 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형 및 정전형 광학 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 광학 컴포넌트 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.
특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 일반적인 본질을 충분히 드러낼 것이므로, 당업계 내의 지식을 적용함으로써, 과도한 실험없이, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고도, 이러한 특정 실시예를 용이하게 수정하고 및/또는 다양한 응용을 위해 적응시킬 수 있을 것이다. 그러므로, 그러한 적응예 및 수정예는 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여 개시된 실시예의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 어구 또는 용어는 이러한 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석될 수 있도록 설명을 하기 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 범위 및 폭은 전술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구 범위 및 그 균등범위에 따라서만 규정되어야 한다.

Claims (17)

  1. 기판을 검사하는 방법으로서,
    방사선 소스에 의해 방출된 소스 방사선 빔을 측정 빔과 기준 빔으로 분할하는 단계;
    상기 측정 빔으로 상기 기판 상에 있는 제1 타겟을 조명하는 단계;
    상기 기판으로부터 분리되어 있는 제2 타겟을 상기 기준 빔으로 조명하는 단계;
    상기 제1 타겟으로부터의 제1 산란 방사선을 집광하고 상기 제1 산란 방사선을 검출기에 전달하는 단계; 및
    상기 제2 타겟으로부터의 제2 산란 방사선을 집광하고 상기 제2 산란 방사선을 상기 검출기에 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 타겟은 제1 패턴을 포함하며 상기 제1 산란 방사선은 상기 제1 패턴으로부터 산란된 제1 기여분을 포함하고,
    상기 제2 타겟은 제2 패턴 또는 상기 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하며 상기 제2 산란 방사선은 상기 제2 패턴으로부터 산란된 또는 상기 제2 패턴의 동공면 이미지로부터의 제2 기여분을 포함하고,
    상기 제1 산란 방사선은 상기 검출기에서 제2 산란 방사선과 간섭하되, 상기 검출기에서의 결과적인 간섭 패턴으로부터 상기 제1 기여분과 제2 기여분 이외의 기여분으로부터의 노이즈가 제거되거나 감소되는, 기판 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 타겟은 상기 제2 패턴을 포함하고, 상기 제1 타겟과 상기 검출기 사이의 상기 제1 산란 방사선의, 상기 제1 타겟에 대한 광 경로는, 상기 제2 타겟과 상기 검출기 사이의 상기 제2 산란 방사선의, 상기 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일한, 기판 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 타겟은 상기 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하고, 상기 제1 타겟의 동공면 이미지와 상기 검출기 사이의 상기 제1 산란 방사선의, 제1 타겟의 동공면 이미지에 대한 광 경로는, 상기 제2 타겟과 상기 검출기 사이의 상기 제2 산란 방사선의, 상기 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일한, 기판 검사 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 패턴의 외측 윤곽은 상기 제2 패턴의 외측 윤곽과 실질적으로 동일한 형상, 또는 실질적으로 동일한 크기, 또는 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 크기인, 기판 검사 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 타겟은 공간 광 변조기를 포함하는, 기판 검사 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 산란 방사선에 시변 위상 변조를 적용하는 단계를 더 포함하는, 기판 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 타겟은 공간 광 변조기를 포함하고, 상기 시변 위상 변조는 상기 공간 광 변조기를 이용하여 적용되는, 기판 검사 방법.
  8. 제6항에 있어서, 위상 변조의 주파수에 기초하여 상기 검출기로부터의 출력을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 기판 검사 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기에서의 동적 범위를 제어하기 위해 상기 제1 산란 방사선의 신호 레벨의 함수로서 상기 제2 산란 방사선을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 기판 검사 방법.
  10. 기판을 검사하기 위한 계측 장치로서,
    소스 방사선 빔을 제공하도록 구성된 방사선 소스;
    상기 소스 방사선 빔을 측정 빔과 기준 빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터; 및
    광학 시스템을 포함하고, 상기 광학 시스템은:
    상기 측정 빔으로 상기 기판 상에 있는 제1 타겟을 조명하고;
    상기 기판으로부터 분리되어 있는 제2 타겟을 상기 기준 빔으로 조명하며;
    상기 제1 타겟으로부터의 제1 산란 방사선을 집광하고 상기 제1 산란 방사선을 검출기에 전달하고;
    상기 제2 타겟으로부터의 제2 산란 방사선을 집광하고 상기 제2 산란 방사선을 상기 검출기에 전달하도록 구성되고,
    상기 제1 타겟은 제1 패턴을 포함하며 상기 제1 산란 방사선은 상기 제1 패턴으로부터 산란된 제1 기여분을 포함하고,
    상기 제2 타겟은 제2 패턴 또는 상기 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하며 상기 제2 산란 방사선은 상기 제2 패턴으로부터 산란된 또는 상기 제2 패턴의 동공면 이미지로부터의 제2 기여분을 포함하고,
    상기 광학 시스템은 상기 제2 산란 방사선이 상기 검출기에서 상기 제1 산란 방사선과 간섭하도록 상기 검출기에 전달되게 하도록 구성되고, 상기 검출기에서의 결과적인 간섭 패턴으로부터 상기 제1 기여분과 제2 기여분 이외의 기여분으로부터의 노이즈가 제거되거나 감소되는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 타겟은 상기 제2 패턴을 포함하고, 상기 광학 시스템은, 상기 제1 타겟과 상기 검출기 사이의 상기 제1 산란 방사선의, 상기 제1 타겟에 대한 광 경로가, 상기 제2 타겟과 상기 검출기 사이의 상기 제2 산란 방사선의, 상기 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일하게 되도록 구성되는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2 타겟은 상기 제2 패턴의 동공면 이미지를 포함하고, 상기 광학 시스템은, 상기 제1 타겟의 동공면 이미지와 상기 검출기 사이의 상기 제1 산란 방사선의, 제1 타겟의 동공면 이미지에 대한 광 경로가, 상기 제2 타겟과 상기 검출기 사이의 상기 제2 산란 방사선의, 상기 제2 타겟에 대한 광 경로와 동일하게 되도록 구성되는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 패턴의 외측 윤곽은 상기 제2 패턴의 외측 윤곽과 실질적으로 동일한 형상, 또는 실질적으로 동일한 크기 또는 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 크기인, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 타겟은 공간 광 변조기를 포함하는, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
  15. 리소그래피 시스템으로서,
    리소그래피 프로세스를 수행하도록 구성된 리소그래피 장치; 및
    제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 계측 장치를 포함하고,
    상기 리소그래피 장치는 리소그래피 프로세스에서 상기 계측 장치를 이용하여 획득된 기판 검사 결과를 이용하도록 되어 있는, 리소그래피 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 상기 제2 패턴과 기하학적으로 동일하거나, 또는 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 주기적이고 상기 제1 패턴의 피치는 상기 제2 패턴의 피치와 동일한 것인, 기판 검사 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 상기 제2 패턴과 기하학적으로 동일하거나, 또는 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 주기적이고 상기 제1 패턴의 피치는 상기 제2 패턴의 피치와 동일한 것인, 기판을 검사하기 위한 계측 장치.
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