KR102279030B1 - 계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법으로서, 계측 장치의 상이한 초점 설정에서 퓨필 이미지를 획득하기 위해 상기 계측 장치를 사용하는 단계; 및 각각의 획득된 퓨필 이미지에 대한 비대칭 값을 계산하는 단계;를 포함하되, 각각의 퓨필 이미지는 기판의 타겟의 적어도 하나의 가장자리 상에서 획득되는 방법을 제공한다.

Description

계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2016년 12월 16일에 출원된출원된 EP 출원 제16204662.7 호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 일예로 검사 장치에 적용될 수 있다.

리소그래피 프로세스는 기판 상에, 일반적으로 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용하는 것이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 집적회로 (ICs)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우, 마스크 또는 레티클이라고도 불리는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 회로 패턴을 생성하는데 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 제공되는 방사선 감응 재료(레지스트)의 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 기판에 걸친 연속적인 타겟 부분에서 패턴을 반복하기 위하여, 스테핑 및/또는 스캐닝 이동이 수반될 수 있다. 패턴을 기판 상에 임프린트함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사하는 것도 가능하다.

리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위해 흔히 사용되는 주사 전자 현미경, 및 오버레이(상이한 패터닝 단계들로 형성된 패턴들 사이의, 예컨대 디바이스 내의 두 층들 사이의 정렬의 정확도) 및 리소그래피 장치의 디포커스(defocus)를 측정하기 위한 전용화된 툴을 포함하여 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 최근, 다양한 형태의 산란계가 리소그래피 분야에서 사용되도록 개발되어 왔다. 이러한 디바이스는 방사선 빔을 타겟 상으로 지향시키고 산란된 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들어, 파장의 함수로서 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서의 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 획득하고, 이로부터 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있다. 관심 특성의 결정은 다양한 기법에 의해 수행될 수 있다: 예를 들면, 정밀 결합파 분석(RCWA) 또는 유한 요소법 등의 반복적인 접근법에 의한 타겟 구조체의 재구성; 라이브러리 탐색; 및 주성분 분석에 의해 수행될 수 있다.

구조체 파라미터를 결정하기 위한 방법 및 장치는 예를 들어, WO2012-126718에 개시되어 있다. 방법 및 산란계는 또한 US2011-0027704A1, US2006-033921A1 및 US2010-201963A1에 개시되어 있다. 하나의 패터닝 단계로 만들어지는 구조체의 파라미터를 결정하기 위한 산란측정에 더하여, 이러한 방법 및 장치는 회절 기반 오버레이 측정을 수행하기 위해 적용될 수 있다. 회절 차수의 암시야 이미지 검출을 이용하는 회절-기반 오버레이가 더 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 암시야 이미징 계측의 예는 국제 특허 출원 제 US2010-0328655A1 및 제 US2011-069292A1 에서 발견될 수 있다. 이러한 기법의 추가적인 개선 사례가 공개 문헌인 US2011-0027704 A, US2011-0043791A, US2012-0044470A, US2012-0123581A, US2013-0258310A, US2013-0271740A 및 WO2013-178422 A1에 기술되어 있다. 위의 문서들은 타겟의 비대칭성의 측정을 통한 오버레이의 측정을 일반적으로 기술하고 있다. 비대칭 측정을 사용하여 리소그래피 장치의 선량 및 초점을 측정하는 방법은 각각 특허 문헌 WO2014-082938A1 및 US2014-0139814A1에 기술되어 있다. 이러한 모든 문헌의 내용 또한 원용에 의해 본원에 포함된다. 본 발명은 임의의 특정한 종류의 검사 장치에 또는 더욱이 일반적으로 검사 장치에의 적용에도 한정되지 않는다.

검사 장치에서 흔한 문제는 광학 시스템의 타겟 상에의 포커싱을 제어하는 것이다. 많은 시스템에서, 매우 빠듯한 공차 내에 광학 시스템의 초점의 실시간 제어가 요구된다. 위에서 기술된 종류의 산란계에 대한 초점 제어 구성은 일례로 공개 특허 출원 US2008-0151228A에 기술되어 있다. 타겟으로부터 반사된 광은 의도적인 초점 오차를 가지고 2개의 광 검출기 상에 이미징된다. 2개의 광 검출기 사이의 광 세기를 비교함으로써 디포커스의 지표를 얻을 수 있고, 디포커스의 방향이 식별될 수 있다. 해당 출원 내용은 본 명세서에 참조로 원용된다.

계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하는 정확도를 향상하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 달성할 수 있는 초점 정확도를 향상하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은: 계측 장치의 상이한 초점 설정에서 퓨필 이미지를 획득하기 위해 상기 계측 장치를 사용하는 단계; 및 각각의 획득된 퓨필 이미지에 대한 비대칭 값을 계산하는 단계;를 포함하되, 각각의 퓨필 이미지는 기판의 타겟의 적어도 하나의 가장자리 상에서 획득된다.

이제 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관해 단지 예시의 목적으로 설명할 것이며, 도면에서는 대응하는 도면 부호가 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 검사 장치가 사용될 수 있는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 초점 모니터링 구성이 적용될 수 있는 광학 시스템의 예로서, 각도-분해 산란 측정을 수행하도록 구성되는 공지된 검사 장치를 나타낸다.
도 4는 공지된 산란계의 예에서 조명 스폿과 타겟 격자 사이의 관계를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 측정되는 타겟 상의 위치들의 개략도이다.
도 6은 타겟 상의 상이한 초점 설정 및 상이한 위치에서 획득되는 퓨필 이미지에서 비대칭을 도시한다.
도 7은 타겟 상의 상이한 위치들에 대하여 계측 장치의 초점 설정과 퓨필 이미지의 비대칭 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 대안적인 실시예에 따라 퓨필이 측정되는 타겟 상의 다른 위치를 도시하는 다이어그램이다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타내고 있다. 리소그래피 장치(LA)는:

- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL);

- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치 설정하도록 구성된 제1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);

기판(예를 들어, 레지스트로 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 또한 특정의 파라미터에 따라 기판(W)을 정확하게 위치 설정하도록 구성된 제2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및

패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함)상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS);을 포함한다.

조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하며, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절형, 반사형, 자기적, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.

지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MT)를 지지, 즉 패터닝 디바이스의 중량을 지탱한다. 이것은 패터닝 디바이스(MA)를, 패터닝 디바이스(MA)의 배향, 리소그래피 장치(LA)의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스(MA)가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 지지 구조체(MT)는 기계 방식, 진공 방식, 정전 방식 또는 그 외 다른 클램핑 기법을 사용하여 패터닝 디바이스(MA)를 유지할 수 있다. 지지 구조체(MT)는 예컨대, 필요에 따라 고정되거나 이동가능한 프레임 또는 테이블이 될 수 있다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)를, 예를 들면 투영 시스템(PS)에 대하여 원하는 위치에 배치되도록 하는 것이 가능하다. 본 명세서에서 사용되고 있는 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어는 모두 "패터닝 디바이스"라고 하는 보다 일반적인 용어와 동일한 의미로서 고려되어도 된다.

본 명세서에서 사용되고 있는 "패터닝 디바이스"라고 하는 용어는 기판(W)의 다겟부(C)에 패턴을 생성하는 등 방사선 빔(B)의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 것이면 어떠한 디바이스도 가능한 것으로 넓게 해석되어야 한다. 또한, 방사선 빔(B)에 부여되는 패턴은, 예를 들어 그 패턴이 위상 편이 피처(phase-shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우에, 기판(W)의 타겟부(C)의 원하는 패턴과 정확하게 대응하지 않을 수도 있다. 통상적으로, 방사선 빔(B)에 부여된 패턴은 집적 회로 등의 타겟부(C) 내에 만들어지는 디바이스 내의 특정의 기능 층에 대응할 것이다.

패터닝 디바이스(MA)는 투과형 또는 반사형으로 할 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로서는, 마스크, 프로그램가능 미러 어레이(programmable mirror array), 및 프로그램가능 LCD 패널을 들 수 있다. 마스크는 리소그래피 분야에서는 주지되어 있으며, 바이너리(binary), 교대형 위상 편이(alternating phase-shift), 및 감쇠형 위상 편이(attenuated phase-shift) 등의 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일 예는 소형 미러들의 매트릭스 정렬을 채용하는데, 이들 각각은 인입하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사하기 위하여 개별적으로 틸팅될 수 있다. 틸팅된 미러는 미러 매트릭스에 의하여 반사된 방사선 빔 내에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 적합하거나 또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대하여 적합한, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형(catadioptric), 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는, "투영 시스템"이라고 하는 보다 일반적인 용어와 동일 의미로서 고려되어도 된다.

여기서 예시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 투과형 타입(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)의 장치이다. 이와 달리, 리소그래피 장치(LA)를 반사형 타입(예를 들어, 앞서 설명한 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채택한 것 또는 반사 마스크를 채택한 것)의 장치일 수 있다.

리소그래피 장치(LA)는 2개(듀얼 스테이지) 또는 그 이상의 기판 테이블(WTa, WTb)(및/또는 둘 이상의 마스크 테이블)을 갖는 타입일 수 있다. 이와 같은 "다중 스테이지" 기기에서는, 추가의 테이블을 병행하여 사용해도 되고, 또는 예비 공정을 하나 이상의 테이블에서 실행하면서, 다른 하나 이상의 테이블을 노광에 사용해도 된다.

리소그래피 장치(LA)는 또한, 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해 기판(W)의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있다. 리소그래피 장치(LA) 내의 다른 공간, 예를 들어 패터닝 디바이스(MA)와 투영 시스템(PS) 사이의 공간에, 액침 액을 적용하는 것도 가능하다. 액침 기법은 투영 시스템(PS)의 개구수를 증가시키는 것으로서 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 본 명세서에 사용될 때 "액침"이라는 용어는, 기판(W)과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 한다는 것을 의미하지 않고, 그보다는 노광 동안에 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 조명 시스템(IL)은 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔(B)을 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스(SO) 및 리소그래피 장치(LA)는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우에, 방사선 소스(SO)는 리소그래피 장치(LA)의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔(B)은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 방사선 소스(SO)로부터 조명 시스템(IL)으로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사선 소스(SO)가 수은 램프인 경우에, 이러한 방사선 소스(SO)는 리소그래피 장치(LA)에 통합된 부품일 수 있다. 방사선 소스(SO)와 조명 시스템(IL)은, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.

조명 시스템(IL)은 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(adjuster)(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명 시스템(IL)의 퓨필 평면(퓨필 plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)는 조절될 수 있다. 또한, 조명 시스템(IL)은 집속기(integrator)(IN)와 집광기(condenser)(CO) 등의 다른 각종 구성요소를 포함할 수 있다. 조명 시스템(IL)을 사용하여 방사선 빔을 조절함으로써, 방사선 빔의 단면에서의 원하는 균일성과 세기 분포를 얻을 수 있다.

방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사하고, 패터닝 디바이스(MA)에 의해 패터닝된다. 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)를 지나, 투영 시스템(PS)을 통과하면, 투영 시스템(PS)에 의해, 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 방사선 빔(B)이 포커싱된다. 제2 위치 설정기(PW) 및 포지션 센서(IF)(예를 들어 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치설정하기 위하여, 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1 위치 설정기 및 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(MT)의 이동은 제1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 설정)을 사용하여 구현될 수 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 스테퍼의 경우에(스캐너와는 대조적으로), 지지 구조체(MT)는 숏-스트로크 모듈 액추에이터에만 연결되거나 고정될 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. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용화된 타겟부들(C)을 점유하는 것으로 도시되어 있지만, 타겟부들(C) 사이의 공간에 위치할 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있음). 마찬가지로, 패터닝 디바이스(MA) 상에 둘 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크(M1, M2)가 다이들 사이에 위치할 수 있다.

도시된 리소그래피 장치(LA)는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서는, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)이 본질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 방사선 빔(B)에 부여된 전체 패턴이 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 그러면, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)이(X) 방향 및/또는(Y) 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해, 단일의 정적 노광에서 이미징되는 타겟부(C)의 크기가 제한된다.

2. 스캔 모드에서는, 지지 구조체(MT)와 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사선 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟부(C)에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도와 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의해 정해질 수 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시의 타겟부(C)의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의)을 한정하는 한편, 스캐닝 모션의 길이는 타겟부(C)의 높이(스캐닝 방향에서의)를 결정한다.

3. 또 다른 모드에서는, 지지 구조체(MT)가 프로그램가능 패터닝 디바이스(MA)를 유지하면서 실질적으로 정지 상태로 유지되고, 기판 테이블(TW)을 이동시키거나 스캐닝하면서, 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 타겟부(C)에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스형 방사선 소스(SO)를 채택하고, 프로그램가능 패터닝 디바이스(MA)는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 중의 연속하는 방사선 펄스 사이에서, 필요에 따라 업데이트된다. 이 동작 모드는 앞서 설명한 것과 같은 타입의 프로그램가능한 미러 어레이 등의 프로그램가능한 패터닝 디바이스(MA)를 사용하는 마스크 없는 리소그래피에 용이하게 적용할 수 있다.

앞서 설명한 모드를 조합한 것 및/또는 변형한 것이나, 또는 전혀 다른 모드를 채택해도 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 종종 리소셀(lithocell) 또는 클러스터로도 지칭되는 리소그래픽 셀(LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 또한 기판에 대해 노광전 공정(pre-exposure process) 및 노광후 공정을 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate,(C)H), 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 공정 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay, LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로서도 지칭되는 이들 기기는 트랙 제어 유닛의 제어 하에 있으며, 이 트랙 제어 유닛(TCU)은 그 자체가 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어되고, 이 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어한다. 따라서, 쓰루풋 및 프로세싱 효율을 최대화하기 위하여 다른 장치가 작동될 수 있다.

리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 후속 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하기 위해 노광 기판(W)을 검사하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소그래피 셀(LC)이 그 안에 위치되는 제조 설비는, 리소그래피 셀(LC) 내에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 수납하는 계측 시스템을 더 포함한다. 계측 결과는 감독 제어 시스템(SCS)으로 직접 또는 간접으로 제공된다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일 배치(batch)의 다른 기판(W)이 여전히 노광되기에 충분한 정도로 검사가 곧바로 신속하게 행해질 수 있으면, 후속 기판(W)의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판(W)은 수율을 개선하기 위해 스트리핑되고 재작업(rework) 되거나, 또는 폐기되어, 이를 통하여 결함이 있는 것으로 알려진 기판(W)에 추가적인 처리가 수행되는 것을 피할 수도 있다. 기판(W)의 일부 타겟부(C)에만 결함이 있는 경우, 양호한 타겟부(C)에만 추가적 노광이 수행될 수 있다.

계측 시스템(MET) 내에서, 검사 장치는 기판의 특성 및 구체적으로는 상이한 기판들의 특성 또는 동일한 기판(W)의 상이한 층들의 특성이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하기 위해 이용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합되어도 되고, 또는 독립형 장치이어도 된다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 검사 장치가 노광 직후의 노광 레지스트층에서의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상(latent image)이 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 이 경우 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간에 단지 매우 작은 굴절률차가 있음 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 노광 후 굽기 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수도 있고, 이러한 PEB는 통상적으로 노광된 기판(W) 상에 수행되는 첫 번째 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시킨다. 이 단계에서, 레지스트에서의 이미지는 반잠상이라 지칭될 수도 있다. 에칭 등의 패턴 전사 단계 후 또는 현상된 레지스트 이미지 - 이 시점에서 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 어느 하나가 제거됨 - 의 측정을 행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 문제가 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.

도 3은 공지된 산란계(300)를 나타낸다. 이 장치에서, 조명 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 이용하여 시준되고, 간섭 필터(13) 및 편광기(polarizer)(17)를 통하여 투과되며, 부분 반사면(16)에 의해 반사되고, 바람직하게는 적어도 약 0.9 및 더 바람직하게는 적어도 약 0.95 의 높은 개구수(NA)를 가지는 현미경 대물 렌즈(15)를 통해, 예를 들어 기판(W) 상의 스폿(S)에 포커싱 된다. 액침 산란계는 1을 초과하는 개구수를 가지는 렌즈도 가질 수 있다.

리소그래피 장치(LA)에서와 같이, 하나 이상의 기판 테이블(WT)이 측정 동작 중에 기판(W)을 홀딩하기 위해 제공될 수 있다. 기판 테이블(WT)은 도 1의 기판 테이블(WTa, WTb)과 형태에서 유사하거나 동일할 수 있다. 검사 장치가 리소그래피 장치(LA)와 통합되는 일 예에서, 이들은 동일한 기판 테이블(WT)일 수도 있다. 측정 광학계에 대해 기판(W)을 정확하게 포지셔닝하도록 구성되는 제 2 위치 설정기에 개략적 위치 설정기 및 미세 위치 설정기가 제공될 수 있다. 예를 들어 관심 타겟의 위치를 얻고 이것을 대물 렌즈(16) 아래의 위치로 데려가기 위해서, 다양한 센서 및 액츄에이터가 제공된다. 통상적으로, 기판(W)에 걸쳐 상이한 위치에서 타겟에 많은 측정이 이루어질 것이다. 기판 테이블(WT)은 X 및 Y 방향으로 이동되어 상이한 타겟들을 얻을 수 있고, Z 방향으로 이동되어 타겟 상에서 광학계의 원하는 초점을 얻을 수 있다. 예를 들어 실제로 광학계가 실질적으로 정지된 상태를 유지하고 기판(W)만이 이동하는 경우, 대물 렌즈(15)와 광학계가 기판(W) 상에서 상이한 위치로 이동되고 있는 것처럼 동작을 이해하고 설명하는 것이 편리하다. 기판(W) 및 광학 시스템의 상대적인 위치가 정확하다면, 이들 중 어느 것이 실제로 이동하는지 여부는 원칙적으로 문제되지 않는다.

산란 스펙트럼(spectrum)이 검출되게 하기 위하여, 반사 방사선은 이제 부분 반사면(16)을 통해 검출기(18)에 진입한다. 검출기(18)는 대물 렌즈(15)의 초점 길이에 있는 후면 투영된 퓨필 평면(11)에 위치할 수 있으나, 대신에 퓨필 평면은 보조 광학기기(도시되지 않음)에 의해 검출기(18) 상으로 재이미징될 수 있다. 퓨필 평면은 방사선의 반경방향 위치가 입사 각도를 규정하고 각도방향 위치가 방사선의 방위 각도를 규정하는 평면이다. 기판 타겟(30)의 2차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 검출기(18)는 바람직하게는 2차원 검출기일 수 있다. 검출기(18)는 예를 들어(C)CD 또는(C)MOS 센서의 어레이일 수도 있으며, 예컨대 프레임당 40 ms의 노출 시간(integration time)을 사용할 수도 있다.

입사 방사선의 세기를 측정하기 위해, 예를 들어 기준 빔이 흔히 사용된다. 이를 수행하기 위하여, 방사선 빔이 부분 반사면(16)에 입사되면, 방사선 빔의 일부는 부분 반사면(16)을 투과하여 기준 빔으로서 기준 미러(14)를 향하게 된다. 기준 빔은 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상에 투영되거나 또는 이와 달리 상이한 검출기(도시하지 않음) 상으로 투영된다.

예를 들면 405 ~ 790 nm 또는 그보다 낮은, 예컨대 200 ~ 300 nm와 같은 범위의 관심 파장을 선택하기 위해 간섭 필터(13)의 세트가 이용될 수 있다. 간섭 필터(13)는 상이한 필터의 세트를 포함하기보다는 튜닝가능할 수도 있다. 간섭 필터(13) 대신 격자(grating)가 이용될 수 있다. 애퍼쳐 스톱 또는 공간 광 변조기(도시되지 않음)가 조명 경로에 제공되어 타겟 상의 방사선의 입사각의 범위를 제어할 수 있다.

검출기(18)는 단일 파장(또는 좁은 파장 범위)에서의 산란 광의 세기, 여러 파장에서의 개별적인 세기, 또는 일정 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기(18)는 횡단 자계 편광(transverse magnetic-polarized light) 및 횡단 전계 편광(transverse electric-polarized light)의 세기, 및/또는 횡단 자계 편광과 횡단 전계 편광 사이의 위상차를 별도로 측정할 수도 있다.

기판 타겟(30)은 1-D 격자일 수도 있으며, 이 1-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 고상의 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 프린트된다. 기판 타겟(30)은 2-D 격자일 수도 있으며, 이 2-D 격자는 현상 후에 바(bar)가 고상 레지스트 필러(solid resist pillar) 또는 레지스트 내의 비아(via)로 형성되도록 프린트된다. 바, 필러 또는 비아는 이와 달리 기판 내로 에칭될 수도 있다. 이 패턴은 리소그래피 장치(LA), 특히 투영 시스템(PS)에서의 색수차에 민감하며, 그리고 조명 대칭성 및 이러한 수차의 존재는 프린트된 격자에서의 변동(variation)에서 명백하게 드러날 것이다. 따라서, 인쇄된 격자의 산란 데이터가 격자를 재구성하기 위해 사용된다. 인쇄 단계 및/또는 다른 검사 프로세스의 지식으로부터, 라인 폭 및 라인 형상과 같은 1-D 격자의 하나 이상의 파라미터 또는 필라 또는 비아의 폭 또는 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 하나 이상의 파라미터가, 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.

재구성에 의해 파라미터를 측정하는 것에 추가하여, 각도 분해 산란측정이 제품 및/또는 레지스트 패턴 내의 피처의 비대칭을 측정하는 데에 유용하다. 비대칭 측정의 특정 응용예는 오버레이의 측정을 위한 것인데, 이러한 경우 기판 타겟(30)은 서로 중첩된 주기적 피처들의 하나의 세트를 포함한다. 일예로 도 3의 기구를 사용하는 비대칭 측정의 개념은 예를 들어 위에 인용된 공개 특허 출원 제 US2006-066855A1 에 기술된다. 간단히 말하면, 타겟의 회절 스펙트럼 내의 회절 차수의 위치는 타겟의 주기성에 의해서만 결정되는 반면에, 회절 스펙트럼 내의 비대칭은 타겟을 이루는 개개의 피처들에 있는 비대칭을 표시한다. 검출기(18)가 이미지 센서일 수 있는 도 3의 기구에서, 고차 회절 차수에 있는 이러한 비대칭은 검출기(18)에 의해 기록된 퓨필 이미지 내의 비대칭으로서 직접적으로 나타난다. 이러한 비대칭은 프로세서(PU) 내에 있는 디지털 이미지 처리에 의해 측정되고, 오버레이의 공지된 값에 대하여 교정(calibration) 될 수 있다.

도 4는 전형적인 기판 타겟(30)의 평면도 및 도 3의 산란계에서의 조명 스폿(S)의 범위를 도시한다. 주변 구조물로부터의 간섭이 없는 회절 스펙트럼을 얻기 위해, 공지된 방법에서의 타겟(30)은 조명 스폿(S)의 직경보다 큰 격자이다. 스폿(S)의 직경이 10 또는 20　㎛를 초과할 수 있고 격자 너비(a)와 길이가 30 또는 40　㎛의 정사각형일 수 있으며, 스폿(S)의 직경이 2 ㎛ 미만일 수 있고 격자 너비와 길이가 5 ㎛일 수 있다. 기판 타겟(30)은 피치(L)로 주기적일 수 있다. 다르게 말하면, 타겟은 조명에 의해 '언더필 되고(underfilled'), 회절 신호에는 타겟 자체 밖의 제품 피처 등으로부터의 신호가 본질적으로 존재하지 않는다. 조명 소스(2), 렌즈 시스템(12), 간섭 필터(13), 및 편광자(17)를 포함하는 조명 구성은 대물 렌즈(15)의 퓨필 평면에 걸쳐 균일한 세기의 조명을 제공하도록 구성될 수 있다. 또는, 조명 경로에 애퍼쳐를 포함함으로써, 조명은 온 축 또는 오프 축 방향으로 제한될 수 있다. 위에서 인용한 선행 출원에서 기술된 바와 같이, 수정된 산란계는 소위 암시야 이미징(dark field imaging)을 사용하여, 동일한 조명 스폿(S) 내에 있는 몇몇 더 작은 타겟으로부터 회절되는 방사선을 포착할 수 있다.

검사장치의 종류에 상관없이, 도 3에서 산란계(300)를 형성하는 시스템과 같은 광학 시스템의 초점을 모니터링하고 조정하기 위한 자동화 시스템을 제공할 것이 일반적으로 요구된다. 스폿(S)이 포커싱되지 않으면, 조명은 타겟(30)과는 다른 피처 상에 떨어질 것이고, 수집된 방사선은 타겟(30)의 특성의 정확한 측정을 허용하지 않을 것이다. 이미 언급한 바와 같이, 광학 시스템을 통해 방사선 빔을 통과시키고 초점 오차를 나타내는 신호를 얻기 위해 일종의 검출기 시스템을 사용하는 포커싱 구성이 알려져 있다. 예를 들어, 공개 특허 출원 US2008-0151228A에서는, 타겟으로부터 반사된 광이 2개의 광 검출기상에 상이한 초점 오프셋으로 이미징된다. 2개의 광 검출기 사이의 포커싱된 광 세기를 비교함으로써 광학 시스템의 디포커스의 지표를 얻을 수 있고, 디포커스의 방향이 식별될 수 있다. 이 미국 특허 출원은 스폿 면적에 대한 척도를 얻는데 사용될 수 있는 다양한 단순한 광 검출기를 예시한다. 해당 특허 출원의 내용은 본 명세서에 원용되어 통합된다. 다른 종류의 초점 구성도 생각할 수 있으며, 본 명세서의 기재는 US2008-0151228A의 기법에 한정되지 않는다.

본 발명의 실시예는 계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다. 계측 장치는 검사 장치라고 알 수도 있다. 계측 장치는 도 2에 도시된 계측 시스템(MET)의 일부로서 제공될 수 있다. 도 3에 도시된 산란계(300)는 본 발명의 실시예에 따른 계측 장치의 예이다.

도 3에 도시된 산란계(300)의 예에서, 조명은 조명 소스(2)로부터 제공된다. 조명은 타겟(30) 상의 스폿(S)으로 포커싱된다. 본 발명의 방법은 이 조명 특성을 모니터링하기 위한 것이다.

일 실시예로서, 본 방법은 계측 장치의 상이한 초점 설정에서 퓨필 이미지(31)를 획득하는 계측 장치를 사용하는 것을 포함한다. 계측 장치의 각각의 초점 설정은 Z 방향(즉, 수직 방향)의 상이한 위치에서 스폿(S)의 포커싱 하려고 시도하는 계측 장치에 대응한다. Z-방향은 타겟(30)의 평면에 수직하다.

특히, 각각의 초점 설정은 계측 장치의 설정된 디포커스에 대응할 수 있다. 0의 디포커스는, 계측 장치가 타겟(30)의 레벨에서 타겟(30) 상에 스폿(S)을 포커싱하려고 사용되는 경우에 대응한다. 0이 아닌 디포커스 값에 대응되는 다른 초점 설정은, 계측 장치가 타겟(30)의 레벨의 위 또는 아래의 특정 거리(디포커스 값)에 스폿(S)을 포커싱하려고 시도하는 경우에 대응한다.

0의 디포커스 값을 가진 초점 설정이 계측 장치의 최적의 초점 설정인 것일 수 있다. 그러나, 계측 장치의 상이한 초점 설정을 사용할 때 더 나은 초점이 얻어지는 것일 수 있다. 본 발명의 방법은, 어떠한 초점 설정(또는, 어떠한 초점 설정들 사이)이 타겟(30)상에 스폿(S)의 최상의 초점이 달성될 수 있는지를 결정하는데 사용될 수 있다.

일 실시예로서, 각각의 퓨필 이미지(31)는 타겟(30)의 적어도 하나의 가장자리(32) 상에서 획득된다. 타겟(30)은 기판(W)의 타겟이다. 타겟(30)은 계측 장치의 초점을 교정하는(calibrating) 것 이외의 기능을 위해 주로 사용되는 기판(W)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 타겟(30)은 도 1에 도시된 기판 정렬 마크(P1, P2)에 대응될 수 있다. 실시예로서, 타겟(30)은 타겟부(C)와 기판(W) 사이의 공간에 위치된다. 예를 들어, 실시예로서, 타겟(30)은 기판(W)의 스크라이브-레인에 위치한다.

계측 장치는 기판(W)의 특성(characteristics) 또는 속성(properties)을 검사하는데 사용된다. 예를 들어, 계측 장치는 기판(W)의 층에 형성된 하나 이상의 패턴의 품질 또는 정확도를 측정하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 계측 장치로부터의 조명 특성은 계측 장치에 의해 검사될 기판(W)의 타겟(30) 상에 퓨필 이미지(31)를 획득함으로써 모니터링된다. 이는 계측 장치의 일부인 피듀셜(fiducial)의 측정을 사용하여 계측 장치의 초점이 교정될(calibrated) 수 있는 공지의 기술과는 상이하다.

특히, 계측 장치의 초점이 계측 장치 자신의 피듀셜을 측정함으로써 교정된다면, 이 교정의 결과는 계측 장치가 사용되는 상이한 어플리케이션들을 고려하지 않게 된다. 예를 들어, 계측 장치의 교정이 계측 장치에 의해 검사될 기판(W)의 특성을 고려하지 않게 된다.

그러한 교정 방법은, 계측 장치에 의해 형성된 스폿(S)이 충분히 크도록 의도되고 큰 타겟(예를 들어, 40 × 40 ㎛)을 측정하는 경우 계측 장치의 초점을 위한 충분한 레벨의 정확도를 제공할 수 있다. 그러나, 새로운 세대의 계측 장치에서는, 더 작은 크기를 가지는 스폿(S)으로 포커싱하고 더 작은 타겟, 일례로 4.5 × 4.5 ㎛ 타겟을 측정하도록 계측 장치가 설계된다. 예를 들어, 실시예로서, 각각의 퓨필 이미지(31)는 최대 20 ㎛의 직경을 가지는 조명 스폿(S)으로 타겟(30)을 조명함으로써 형성된다. 일 실시예로서, 각각의 퓨필 이미지(31)는 최대 10 ㎛, 최대 5 ㎛, 및 선택적으로는 최대 2 ㎛의 직경을 가지는 조명 스폿(S)으로 타겟(30)을 조명함으로써 형성된다. 예를 들어, 특정한 예에 따르면, 계측 장치는 1.9 ㎛ 또는 1.8 ㎛의 직경을 가지는 조명 스폿(S)을 가진다.

계측 장치의 피듀셜을 사용하여 계측 장치의 초점을 교정하는 것은 계측 장치의 초점의 충분한 정확도를 제공하지 못할 수 있다. 이것은 작은 조명 스폿 크기를 가진 계측 장치에 대해 특히 심각한 문제일 수 있지만, 본 발명은 작은 조명 스폿 크기를 가진 계측 장치와 함께 사용하는 것에 한정되지 않는다. 본 발명은 임의의 스폿 크기를 가지는 계측 장치로부터의 조명 특성의 모니터링을 향상하는데 사용될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 실시예로서, 각각의 퓨필 이미지(31)는 기판(W)의 타겟(30)의 적어도 하나의 가장자리(32) 상에서 획득된다. (계측 장치의 피듀셜을 사용하는 대신에) 기판(W)의 타겟(30) 상의 각각의 퓨필 이미지(31)를 획득함으로써, 계측 장치로부터의 조명 특성이 보다 정확하게 모니터링 될 수 있다. 예를 들어, 실시예로서, 계측 장치로부터의 조명 스폿(S)의 초점은 더 정확하게(즉, 보다 작은 허용 오차 내에서) 교정 또는 제어될 수 있다.

특히, 기판(W)의 타겟(30)에서 각각의 퓨필 이미지(31)를 획득함으로써, 기판(W)의 특정한 특성 또는 속성이 고려 될 수 있다. 예를 들어, 계측 장치의 초점의 교정은 계측 장치의 각각의 어플리케이션을 고려한다. 이는 더욱 세밀한 포커싱을 가능하게 한다. 실시예로서, 어플리케이션에 독립적인 초점 셋업을 사용하는 대신에, 계측 장치의 초점 셋업은 어플리케이션에 의존적이다. 그 결과, CD 신호에 기여할 수 있는, 층 두께들과 같은 기판(W)의 특성이 계측 장치의 초점 셋업에 고려될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법은 알려진 방법보다 더욱 신뢰성이 있다. 특히, 계측 장치의 피듀셜의 가장자리에서 작은 조명 스폿(S)의 위치 설정이 잘못될 수 있다. 예를 들어, 피듀셜의 가장자리는 어느 정도의 거칠기를 가진다. 이러한 거칠기는 계측 장치의 스폿(S)의 초점의 교정의 실패를 야기할 수 있다. 일 실시예로서, 기판(W)의 타겟(30)의 가장자리는 계측 장치의 피듀셜의 가장자리보다 덜 거칠다. 따라서, 계측 장치의 조명 스폿(S)은 타겟(30)의 가장자리(32) 상에 더욱 신뢰할 수 있게 위치될 수 있다. 이는 계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하는 신뢰성을 향상한다.

도 5는 퓨필 이미지(31)가 획득되는 타겟(30) 상의 위치를 도시하는 다이어그램이다. 도 5는 Y-방향으로 연장되는 가장자리(32a, 32b)를 가지는 타겟(30)을 나타낸다. 도 5에 도시된 각각의 원은 퓨필 이미지(31)가 획득되는 스폿 위치(33)를 나타낸다. 도 5는 퓨필 이미지(31)는 타겟(30)의 3개의 스폿 위치(33)에서 획득될 수 있다는 것을 도시한다. 스폿 위치(33)는 도 3 및 도 4에 도시된 스폿(S)으로 도시된 타겟(30) 상의 위치이다.

위에서 설명한 바와 같이, 실시예로서, 각각의 퓨필 이미지(31)는 기판(W)의 타겟(30)의 적어도 하나의 가장자리(32) 상에서 획득된다. 도 5에 도시된 예에서, 각각의 퓨필 이미지(31)는 Y-방향으로 연장되는 타겟(30)의 2개의 가장자리(32a, 32b) 상에 스폿 위치(33a, 33b)에서 획득된다. 추가적으로, 각각의 퓨필 이미지(31)(즉, 각각의 계측 장치의 초점 설정에서 획득되는 퓨필 이미지)는, 타겟(30)의 중앙, 즉, 타겟(30)의 가장자리(32a, 32b)의 사이의 스폿 위치(33e)에서 획득된다.

도 6은 획득된 퓨필 이미지(31)를 도시한다. 도 6의 좌측 열은 계측 장치의 상이한 초점 설정에서 획득된 좌측 가장자리 퓨필 이미지(31a)를 나타낸다. 도 6의 가운데 열은 계측 장치의 상이한 초점 설정에서 타겟(30)의 중앙에서 획득된 중앙 퓨필 이미지(31e)를 나타낸다. 도 6의 우측 열은 계측 장치의 상이한 초점 설정에서 타겟(30)의 우측 가장자리(32b)에서 획득된 우측 가장자리 퓨필 이미지(31b)를 나타낸다. 도 6에서, 상이한 초점 설정은 도 6에서 미크론 단위로 측정된 디포커스(D)의 상이한 값들로 표현된다.

도 6에서 일반적으로 알 수 있는 바와 같이, 디포커스(D)가 커지면 퓨필 이미지(31)에 더 큰 비대칭이 생긴다. 이는, 디포커스(D)의 0의 값으로 나타나는 계측 장치의 초점은 계측 장치의 최적의 초점 설정으로부터 너무 멀리 떨어진 것은 아니라는 것을 알려준다. 그러나, 계측 장치의 최적의 초점 설정은 더욱 정확하게 계산될 수 있다.

일 실시예로서, 본 방법은 각각의 획득된 퓨필 이미지(31)에 대하여 비대칭 값(AV)을 계산하는 단계를 포함한다. 비대칭 값(AV)은 각각의 퓨필 이미지(31)에서 보여지는 비대칭을 나타낸다. 비대칭 값(AV)을 계산하는 다양한 방법이 가능하다. 단지 예로서, 비대칭 값(AV)을 계산하는 단계는, 퓨필 이미지(31)의 하나의 절반에서 픽셀의 세기 값을 합산하는 단계, 및 퓨필 이미지(31)의 나머지 절반에서 픽셀의 세기 값을 차감하는 단계를 포함한다. 이 계산 단계는 아래에 보여지는 비대칭 공식으로 표현될 수 있다.

위의 공식에서 보여지는 바와 같이, 실시예로서, 비대칭 값(AV)을 계산하는 단계는 전체 퓨필 이미지(31)에서 모든 픽셀의 세기 값의 합에 따라서 비대칭 값(AV)을 정규화하는 단계를 포함한다. 계산된 비대칭 값(AV)은 퓨필 이미지(31)의 비대칭을 나타낸다. 비대칭이 클수록, 비대칭 값(AV)은 커진다.

도 7은 계측 장치의 (디포커스(D)의 값으로 나타나는) 초점 설정과 퓨필 이미지(31)의 비대칭 값(AV) 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 상이한 라인들(701~703)은 타겟 상의 상이한 위치들(30)에 대응된다. 도 7에서, 원형 점을 연결하는 일점쇄선(701)은 좌측 가장자리 퓨필 이미지(31a)에 대응된다. 정사각형 점들을 연결하는 실선(702)은 타겟(30)의 중앙에서 획득되는 중앙 퓨필 이미지(31e)에 대응된다. 삼각형 점들을 연결하는 파선(703)은 타겟(30)의 우측 가장자리(32b)에서 획득되는 우측 가장자리 퓨필 이미지(31b)에 대응된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 타겟(30) 상의 상이한 위치에 대응하는 라인들(701-703)은 서로 교차한다. 라인들(701~703)은 계측 장치의 조명 스폿(S)의 최상의 초점을 제공하는 초점 설정에서 교차한다. 도 7에 도시된 예에서, 3개의 라인들(701~703)이 모두 동일한 초점 설정에서 교차한다. 그러나, 3개의 라인들을 제공하여야만 하는 것은 아니다. 대신에, 2개의 라인만을 계산하는 것으로 본 발명을 구현하는 것이 가능하다. 이는, 예를 들어, 타겟의 하나의 가장자리(32)와 타겟(30)의 중앙에서 각각의 퓨필 이미지(31)를 획득함으로써, 또는 타겟(30)의 2개의 가장자리(32)에서 각각의 퓨필 이미지(31)를 획득함으로써 이루어질 수 있다.

다른 대안적인 실시예에서, 본 방법은 타겟(30)의 오직 하나의 위치에서 각각의 퓨필 이미지(31)를 획득함으로써 구현될 수 있다. 이 경우에, 도 7에 도시된 바와 동등한 그래프는 오직 하나의 라인만을 포함할 것이다. 이 경우에, 최상의 초점 설정은 비대칭 값(AV)이 0이 되는 초점 설정을 계산함으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 본 방법은 타겟(30)의 오직 하나의 가장자리(32)만에서 각각의 퓨필 이미지(31)를 획득하는 것으로 구현될 수 있다.

일 실시예로서, 본 방법은 최적의 초점을 가지는 초점 설정을 결정하기 위해 계측 장치의 0의 비대칭 값에 대응되는 초점 설정(AV)을 계산하는 단계를 포함한다. 퓨필 이미지(31)가 획득된 초점 설정 중 하나는 0의 비대칭 값(AV)을 제공하는 것일 수 있다. 이 경우에, 해당 초점 설정은 최적의 초점을 가지는 초점 설정으로서 결정될 수 있다. 이와 달리, 퓨필 이미지(31)가 획득된 초점 설정 중 어느 것도 0의 비대칭 값(AV)에 대응되지 않을 수 있다.

일 실시예로서, 0의 비대칭 값에 대응되는 초점 설정(AV)을 계산하는 단계는 계산된 비대칭 값들(AV) 사이의 보간(interpolating)을 포함한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 예에서, 0의 비대칭 값(AV)은 0의 디포커스(D)와 0.2 ㎛의 디포커스(D) 사이의 어딘가에 있다. 0의 비대칭 값에 대응되는 초점 설정(AV)은 이들 2개의 계산된 비대칭 값(AV) 사이에 보간에 의하여 계산될 수 있다. 타겟(30) 자신이 적어도 하나의 오버레이 오차를 내포할 수 있다. 선택사항으로서, 타겟(30)의 중앙에서 측정된 퓨필 이미지(31e)의 비대칭 값(AV)은 타겟(30) 자신의 임의의 비대칭을 보상하는데 사용될 수 있다.

도 7에 도시된 예에서, 최적의 초점 설정은 0.1㎛의 디포커스(D) 값으로서 계산 될 수 있다. 상이한 어플리케이션들(예를 들어 계측 장치가 다른 기판(W)을 검사하는데 사용되는 경우)에 대하여, 계측 장치의 최적의 초점 설정은 달라질 수 있다. 본 발명은, 계측 장치가 사용되는 각각의 상황에 대하여 최적의 방식으로 계측 장치의 초점을 교정하는 것을 가능하게 한다.

일 실시예로서, 퓨필 이미지(31)는 편광 방향을 가지는 광을 사용하여 획득된다. 예를 들어, 계측 장치에 의해 사용되는 조명 광은 Y-방향 또는 X-방향으로 편광 될 수 있다. 일 실시예로서, 계측 장치의 광의 편광 방향은 타겟(30)의 가장자리(32)가 연장되는 방향과 매칭된다. 예를 들어, 도 5에 도시된 다이어그램에서, 타겟(30)의 가장자리(32a, 32b)는 Y-방향으로 연장된다. 따라서, 실시예로서, 퓨필 이미지(31)는 Y-방향의 편광 방향을 가지는 광을 사용하여 획득된다.

도 8은 퓨필 이미지(31)가 타겟(30) 상에서 획득되는 대안적인 위치를 도시하는 다른 실시예의 다이어그램이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 퓨필 이미지(31)는 X 방향으로 연장되는 타겟(30)의 가장자리(32c, 32d)에 있는 스폿 위치(33c, 33d)에서 획득될 수 있다. 특히, 상단 가장자리 퓨필 이미지(31c)는 타겟(30)의 상단 가장자리(32c)에서 획득된다. 하단 가장자리 퓨필 이미지(31d)는 타겟(30)의 하단 가장자리(32d)에서 획득된다. 중앙 퓨필 이미지(31e)는 타겟(30)의 중앙부에 있는 스폿 위치(33e)에서 획득된다. 퓨필 이미지(31)는 X-방향의 편광 방향을 가지는 광을 사용하여 획득될 수 있다.

광의 편광 방향을 타겟(30)의 가장자리(32)가 연장되는 방향으로 매칭시킴으로써, 획득된 퓨필 이미지(31)에 대한 편광의 영향이 감소될 수 있다. Y-방향의 편광 방향은 수직 편광(vertical polarisation) 방향으로도 지칭될 수 있다. 따라서, 수직으로 편광된 감지 스폿(S)은 도 5에 도시된 타겟(30)의 좌측 및 우측 위치에 사용될 수 있다. X-방향의 편광 방향은 수평 편광(horizontal polarisation)으로도 지칭될 수 있다. 수평으로 편광된 감지 스폿(S)은 도 8에 도시된 바와 같이 타겟의 상단 및 하단 위치들(즉, 수평의 가장자리들)에 대해 사용될 수 있다.

본 발명은 각도-분해 산란 측정에 대하여 어플리케이션에 특정되는 초점 교정을 제공한다. 일 실시예로서, 검출 스폿(S)은 타겟(30)의 크기보다 작다. 타겟(30)은 스폿(S)에 의해 언더-필(under-filled) 된다. 이는 도 5 및 도 8에 도시되는데, 여기서 중앙 퓨필 이미지(31e)는 타겟(30) 내에 완전히 일치되는 감지 스폿을 사용하여 획득된다.

일 실시예로서, 타겟(30)은 최대 20 ㎛의 직경을 가진다. 실시예로서, 타겟(30)은 최대 10 ㎛, 또는 선택적으로 최대 5 ㎛의 직경을 가진다. 예로서, 타겟(30)은 4.5 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 타겟(30)은 4.5 ㎛의 측면 길이를 가지는 정사각형일 수 있다.

본 발명은 특정한 어플리케이션에 더욱 정확하게 계측 장치의 초점을 교정하는 것을 가능하게 한다. 계측 장치의 초점을 교정하기 위해 사용되는 방법은 나이프 에지(knife edge) 측정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 8에 도시된 타겟(30)의 가장자리(32)에서 퓨필 이미지(31)의 획득은 나이프 에지 측정에 대응된다. 종래의 나이프 에지 측정에서 행해지는 것처럼 나이프 에지가 위치되지는 않지만, 퓨필 이미지(31)의 2개 절반에서 광학 특성은 상이하다. 특히, 타겟(30)의 광학 특성(예를 들어, 반사 특성)은 타겟(30)의 바로 외부에 있는 영역의 광학 특성과 상이하다. 따라서, 획득된 퓨필 이미지(31)가 조명 스폿(S)의 디포커스를 나타내는 비대칭을 가지게 되는 나이프 에지 측정이 이루어질 수 있다. 이러한 나이프 에지 측정은 계측 장치의 피듀셜 대신에, 측정될 어플리케이션(즉, 기판(W) 자체)에서 수행된다. 본 발명에 따른 교정은 포커스 오프셋 교정을 위한 온타겟 감지(on target sensing)라 불릴 수 있다. 일 실시예로서, 본 방법은 특정 애플리케이션에 대한 파장 마다의 초점 보정을 결정하는 단계를 포함한다.

초점 보정이 특정한 어플리케이션에 대해 최적화된다면, 최적의 초점이 더욱 정확하게 주어질 수 있다. 또한, 기판(30)의 타겟(30)의 가장자리(32)는 계측 장치의 피듀셜의 가장자리보다 더 예리하다. 이는 감지 스폿(S)의 위치 설정을 향상시킨다. 또한, 초점 스폿(S)이 타겟(30)보다 크다면, 이로 인한 여분의 초점 오프셋은 계산된 초점 보정에서 고려될 것이다.

선택적으로, 각각의 퓨필 이미지(31)는 비대칭 값(AV)이 계산되기 전에 조명 및 광학기기 비대칭에 대해 보정된다. 타겟(30)상의 각각의 위치에 대해, 퓨필 이미지(31)는 복수의 상이한 초점 설정을 사용하여 획득된다. 상이한 초점 설정의 최소 수는 2이므로, 도 7에 도시된 유형의 그래프 상에 2개의 포인트를 제공하여 라인을 그릴 수 있다. 사용된 초점 설정의 수가 더 많으면 계측 장치의 계산된 최적의 초점 설정의 정확도를 향상시킬 수 있다.

실시예로서, 비대칭 값(AV)은 오직 0차수 조명만을 사용하여 계산된다. 이는 초점 보정의 계산에 의도치 않게 기여할 수 있는 비대칭 부분을 추가하는 것을 방지한다. 그러나, 대안적인 실시예로서, 더 높은 차수가 사용될 수 있다. 따라서, 조명 및 광학에서 비대칭에 대한 보정이 더 높은 차수에 대해 적용될 수 있다. 따라서, 조명 및 광학의 비대칭에 대한 보정이 고차에 대해 적용될 수 있다.

일 실시예로서, 결정된 초점 설정은 타겟(30)에 인접한 다이 영역 전체에 걸쳐 기판(W)을 검사하기 위해 사용된다. 예를 들어, 타겟(30)은 기판(W)의 다이 영역에 인접한 스크라이브 레인에 위치할 수 있다. 일단 타겟(30)이 계측 장치의 초점을 교정하는데 사용되었으면, 해당 교정된 초점 설정은 해당 다이 영역의 전체에 대해 사용될 수 있다.

일 실시예로서, 상이한 타겟(30)은 기판(W)의 각각의 다이 영역에 대해 계측 장치의 초점을 교정하는데 사용된다. 따라서, 기판(W)의 복수의 다이 영역 각각에 대해, 다이 영역에 인접한 타겟(30)은 최상의 초점을 가지는 초점 설정을 결정하는데 사용된다.

그러나, 대안적인 실시예에서, 하나의 타겟(30)이 계측 장치의 초점을 교정하는데 사용되고, 해당 교정된 초점 설정은 기판(W)의 복수의 다이 영역에 대해 사용될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 타겟(30)으로부터 떨어진 기판(W)의 다이 영역에 대하여 최상의 초점을 가지는 초점 설정을 추정하기 위하여, 결정된 초점 설정(determined from using one 타겟(30)) 에 조정이 이루어진다.

따라서, 사용자는 계측 장치의 최적의 초점 설정이 기판(W)에 걸쳐 어떻게 변화하는지에 관한 정보를 가질 수 있다. 이는 예를 들면 기판(W)에 걸쳐 층 두께들에 관한 정보를 기초로 하여 알 수 있다. 이 정보는 계측 장치의 초점 교정을 조정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 타겟(30)으로부터의 초점 교정을 기초로 하여, 최적의 계측 장치의 초점이 기판(W)에 걸쳐, 설령 타겟(30)으로부터 떨어진 (즉, 인접하지 않은) 다이 영역에 대하여도 결정될 수 있다.

본 명세서에서 산란계와 같이 검사 장치 내의 초점 모니터링 및 제어 구성을 사용하는 것을 특히 참조하였지만, 개시된 장치가 전술된 바와 같은 다른 타입의 기능성 장치에도 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

비록 본문에서 IC의 제조에서 검사 장치를 사용하는 것에 대해서 특별히 언급하였지만, 본 명세서에서 설명되는 검사 장치는 다른 응용 분야, 예컨대 집적 광 시스템의 제조, 자기장 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드, 등을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 통상의 기술자라면, 이러한 대안적인 응용예의 맥락에 있어서, 본원에서 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어를 사용할 때 각각 "기판" 또는 "타겟부" 등의 보다 일반적인 용어와 동일한 의미로 고려될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

여기에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193,(15)7, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.

본 명세서에 사용된 "렌즈"라는 용어는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자자기, 및 정전기 광 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 광 컴포넌트 중 임의의 것 또는 조합을 가리킬 수 있다.

비록 본 발명의 특정한 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 장치의 부분들은 위에서 개시된 바와 같은 방법을 기술하는 기계 판독 가능한 명령어들의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 디스크 또는 광디스크)의 형태로 구현될 수 있다.

전술한 내용은 예시를 위한 것으로서, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 통상의 기술자라면 하기 청구항들의 범위를 벗어나지 않고서도 전술한 본 발명에 대한 변형이 이루어질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (16)

1. 계측 장치로부터의 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법으로서,
   계측 장치를 사용하여 상기 계측 장치의 서로 상이한 초점 설정들에서 퓨필 이미지를 획득하는 단계; 및
   각각의 획득된 퓨필 이미지에 대한 비대칭 값을 계산하는 단계;를 포함하되,
   각각의 퓨필 이미지는 기판의 타겟의 적어도 하나의 가장자리 상에서 획득되는 것인, 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
2. 제1 항에서,
   최적의 초점을 가지는 초점 설정을 결정하기 위해 0의 비대칭 값에 대응되는 초점 설정을 계산하는 단계를 포함하는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
3. 제2 항에서,
   상기 0의 비대칭 값에 대응되는 초점 설정을 계산하는 단계는 계산된 비대칭 값들 사이에서 보간하는 단계를 포함하는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에서,
   상기 비대칭 값을 계산하는 단계는, 상기 퓨필 이미지의 한 반부에서 픽셀의 세기 값을 합산하는 단계, 및 상기 퓨필 이미지의 나머지 반부에서 픽셀의 세기 값을 차감하는 단계를 포함하는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   퓨필 이미지는 각각의 초점 설정에 대하여 상기 타겟의 적어도 2개의 가장자리 상에서 획득되는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   상기 퓨필 이미지는 상기 타겟의 가장자리가 연장되는 방향에 매칭되는 편광 방향을 가지는 광을 사용하여 획득되는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   각각의 퓨필 이미지는 최대 20 ㎛의 직경을 가지는 조명 스폿으로 상기 타겟을 조명함으로써 형성되는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   상기 타겟은 최대 20 ㎛의 직경을 가지는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   상기 타겟은 상기 기판의 스크라이브-레인에 위치하는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    결정된 초점 설정은 상기 타겟에 인접한 다이 영역에 걸쳐 기판을 검사하기 위해 사용되는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 기판의 복수의 다이 영역의 각각에 대하여, 최상의 초점을 가지는 초점 설정을 결정하는데 상기 다이 영역에 인접한 타겟이 사용되는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 타겟으로부터 이격되어 있는 기판의 다이 영역에 대하여 최상의 초점을 가지는 초점 설정을 추정하기 위하여, 결정된 초점 설정에 대해 조정이 이루어지는 조명 특성을 모니터링하기 위한 방법.
13. 리소그래피 프로세스의 파라미터를 측정하기 위한 계측 장치로서, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 작동할 수 있는 계측 장치.
14. 프로세서로 하여금 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하기 위한 기계 판독가능한 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
15. 기판 상의 타겟 상에 방사선 빔을 제공하고, 상기 타겟에 의해 회절된 방사선을 검출하여 패터닝 프로세스의 파라미터를 결정하도록 구성되는 검사 장치; 및
    제14 항의 컴퓨터 판독가능한 기록 매체를 포함하는 시스템.
16. 제15 항에서,
    방사선 빔을 변조하기 위한 패터닝 디바이스를 홀딩하도록 구성되는 지지 구조체, 및 상기 변조된 방사선 빔을 방사선 감응 기판 상으로 투영하도록 구성되는 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 장치를 더 포함하는 시스템.

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