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KR102648880B1 - 관심 특성을 결정하는 계측 장치 및 방법 - Google Patents

관심 특성을 결정하는 계측 장치 및 방법 Download PDF

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KR102648880B1
KR102648880B1 KR1020237014977A KR20237014977A KR102648880B1 KR 102648880 B1 KR102648880 B1 KR 102648880B1 KR 1020237014977 A KR1020237014977 A KR 1020237014977A KR 20237014977 A KR20237014977 A KR 20237014977A KR 102648880 B1 KR102648880 B1 KR 102648880B1
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뵈프 아리에 제프리 덴
덴 에틀라르 로날드 요셉 안토니우스 반
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

기판 상의 적어도 하나의 구조체에 관련된 관심 특성을 결정하기 위한 계측 장치 및 방법. 계측 장치는 센서 및 광학 시스템을 포함한다. 센서는 센서 상에 충돌하는 방사선의 특성을 검출하기 위한 것이다. 광학 시스템은 조명 경로 및 검출 경로를 포함한다. 광학 시스템은 적어도 하나의 구조체를 조명 경로를 통해 소스로부터 수광된 방사선으로 조명하도록 구성된다. 광학 시스템은 적어도 하나의 구조체에 의해 산란된 방사선을 수광하고 수광된 방사선을 검출 경로를 통해 센서로 전달하도록 구성된다.

Description

관심 특성을 결정하는 계측 장치 및 방법{METROLOGY APPARATUS AND A METHOD OF DETERMINING A CHARACTERISTIC OF INTEREST}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2017 년 11 월 7 일에 출원된 EP 출원 제 17200265.1, 2017 년 11 월 28 일에 출원된 EP 출원 제 17204158.4 및 2017 년 12 월 15 일에 출원된 EP 출원 제 17207587.1에 대한 우선권을 주장하는데, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
본 발명은 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 관심 특성을 결정하는 방법에 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 "광학적 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. 계측 장치는 기판 상의 두 중첩 층들 사이의 오버레이 값을 결정하도록 동작가능할 수 있다. 오버레이 값이 기대값으로부터 벗어나면, 계측 장치는 기대값으로부터의 편차를 오버레이 오차로서 보고할 수 있다.
공지된 계측 또는 검사 장치보다 양호한, 검사 또는 계측 장치를 위한 효과적이고 효율적인 솔루션을 제공하는 것이 하나의 목적이다.
본 발명의 일 양태에 따르면 계측 장치는 청구항에 규정된 바와 같이 제공된다. 본 발명의 추가적 양태에 따르면, 기판 상의 적어도 하나의 구조체에 관련된 관심 특성을 결정하는 방법은 청구항에 규정된 바와 같이 제공된다. 청구항들은 원용되어 본원에 통합된다.
본 발명의 실시예는 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 계측 장치의 일 실시예의 개략도를 도시한다;
- 도 5는 리소그래피 장치의 제 2 실시예의 개략도를 도시한다;
- 도 6은 기판 상에 제조될 수 있고 계측 장치의 실시예에 의해 검사될 수 있는 구조체의 여러 개략도를 도시한다;
- 도 7은 계측 장치의 센서에 의해 획득될 수 있는 이미지의 일 실시예를 도시한다;
- 도 8은 계측 장치의 제 3 실시예의 개략도를 도시한다;
- 도 9는 계측 장치의 제 4 실시예의 개략도를 도시한다;
- 도 10은 오버레이 값을 결정하기 위하여 기판 상에 제작될 구조체의 개략도를 도시한다;
- 도 11은 타겟의 실시예들의 서브-세그멘트화의 개략도를 도시한다;
- 도 12는 계측 장치에 대한 조명 퓨필 및 검출 퓨필의 개략도를 도시한다;
- 도 13은 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)에서 가요성 및/또는 제어가능 조명 및 검출 퓨필 구조의 예들을 개략적으로 도시한다,
- 도 14는 도 14의 (a) 및 도 14의 (b)에서 가요성 및/또는 제어가능 조명 및 검출 퓨필 구조의 다른 예들을 개략적으로 도시한다,
- 도 15는 타겟의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외 방사선(예를 들어 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 가지는 방사선) 및 EUV/소프트 x-선 방사선(예를 들어 약 1-100 nm 범위의 파장을 가지는 극자외 방사선)을 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"라는 용어도 이러한 콘텍스트에서 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과성 또는 반사성; 이진, 위상-천이, 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, 반사식, 자기식, 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 적합한, 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 두 개 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 토광시키기 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(PL)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), 칠 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 공정 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 처리 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(MT)(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. 또한, 컴퓨터 시스템(CL)은, 예를 들어, 최적에 미달하는 처리에 기인하여(도 3에서 제 2 스케일(SC2)에서 "0"을 가리키는 화살표로 표시됨) 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측하기 위해서, 프로세스 윈도우 내의 어디에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 동작하고 있는지를 검출하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어 계측 툴(MT)로부터의 입력을 사용함).
계측 툴(MT)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. 이러한 측정을 하기 위한 툴들은 통상적으로 계측 툴(MT)이라고 불린다.
스캐닝 전자 현미경 또는 다양한 형태의 산란계 계측 툴(MT)을 포함하는, 이러한 측정을 하기 위한 상이한 타입의 계측 툴(MT)이 알려져 있다. 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 격자를 측정할 수 있다.
제 1 실시예에서, 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 산란된 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 실시예에서, 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 시물레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 재구성될 수도 있다.
제 3 실시예에서, 산란계(MT)는 편광 해석(ellipsometric) 산란계이다. 편광 해석 산란계는, 산란된 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 실시예가 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 실시예에서, 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 WO2011/012624A1 또는 US 특허 출원 US20160161863A1에서 발견될 수 있다.
산란계(MT)의 또 다른 실시예에서, 산란계(MT)는 0차 회절 방사선을 차단하고, 1차 이상의 회절 차수에 기반하여 이미지를 형성하도록 적응되는데, 이미지는 웨이퍼 상에 있는 구조체를 해상하지 않는다. 이러한 장치는 암시야 계측 장치이고, 암시야 셋업에서의 계측에 기반한 회절의 예는 그 전체가 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 국제 특허 출원 WO2009/078708A1 및 WO2009/106279A1에 기술된다. 또한, 문헌 US2006/0098199A1은 그 전체로서 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
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 격들의 모듬일 수 있다. 통상적으로 격자 내의 구조체의 피치 및 선폭은, 계측 타겟으로부터 오는 회절 차수를 캡쳐할 수 있으려면 측정 파장 및/또는 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. 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. 이러한 여러 타겟 측정의 일 예는 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 미국 특허 출원 US20120123581A1에서 발견될 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, 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준들 중 하나는, 예를 들어, 처리 변이에 대한 측정 파라미터 중 하나의 감도일 수 있다. 더 많은 예들이 본 명세서에 그 전체가 원용에 의해 통합되는 미국 특허 출원 US20160161863A1 및 아직 공개되지 않은 미국 특허 출원 15/181,126에 기술된다.
도 4는 계측 장치(400)의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 계측 장치는 도 3의 계측 장치(MT)일 수 있다. 본원에서 계측 장치라는 용어는 검사 장치라는 용어와 상호 교환가능하다.
계측 장치(400)는 기판(SUB, 450) 상의 적어도 하나의 구조체(STR, 460)에 관련된 관심 특성을 결정하기 위한 것이다. 관심 특성은 기판(450) 상의 구조체(460)에 관련된 하나 이상의 값을 결정하는 것일 수 있다. 또한, 관심 특성은 기대된 구조체로부터의, 기판(450) 상의 구조체(460)의 편차일 수 있다. 관심 특성은, 이러한 구조체의 기대된 부재 또는 존재와 비교한, 기판(450) 상의 구조체(460)의 기대된 부재 또는 존재일 수 있다. 또한, 관심 특성은 기판(450) 상의 구조체(460)의 배향을 결정하는 것이거나, 또는 구조체(460)의 표면의 틸트를 결정하는 것 등일 수 있다.
계측 장치는 센서(SNS, 440) 및 광학 시스템(420)을 포함한다. 센서(440)는 광학 시스템(420)에 의해 센서 상으로 전달되는 방사선의 특성을 검출하기 위한 것이다. 센서(440)는 센서(440) 상에 충돌하는 방사선의 이미지를 생성할 수 있는 픽셀들의 어레이를 포함할 수 있다. 센서(440)는 광학 시스템의 이미지 평면 또는 이미지 평면에 대한 공액 평면 내에 배치될 수 있다.
센서(440)는 충돌 방사선의 이미지를 기록하도록 구성될 수 있다. 센서(440)는 0.1 보다 높은, 또는 선택적으로 1 보다 높은, 또는 선택적으로 10 보다 높은 신호 대 잡음 비를 가지는 이미지를 기록하도록 구성될 수 있다. 센서는 1 초 보다 짧은 노출 시간을 가지고, 선택적으로는 500 μs보다 짧은 노출 시간을 가지는 CCD 카메라를 포함할 수 있다. 센서(440)의 획득 시간은 적어도 노출 시간을 포함할 수 있고, 또한 신호 처리 및/또는 획득된 이미지를, 예를 들어 결정 시스템(470)에 송신하기 위한 시간 간격을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 센서(440)는 수신된 신호가 임계 값보다 높아질 때까지 이미지를 획득하도록, 즉 획득 시간을 가지도록 동작가능하다. 일반적으로, 센서(440)는 최대 시간량 내에서, 이미지 내에서 기대된 구조체와 유사한 구조체를 검출하도록 패턴 인식 알고리즘에 의해 처리될 수 있도록 충분히 높은 신호 대 잡음 비를 가지는 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다.
또한, 센서는 록인(lock-in) 검출에 기반할 수 있다.
또한, 계측 장치는 소스(410)에 의해 생성된 방사선을 미리 정의된 패턴에 따라 변조함으로써, 및 따라서, 구조체(460)에 충돌한 방사선을 변조함으로써 노이즈를 억제하도록 구성될 수 있다. 후속하여, 센서(440)로 전달된 방사선은, 최대 부분에 대해서, 역시 미리 정의된 패턴에 따라 변조할 것이고, 선택적으로 존재하는 노이즈가 해당 패턴에 따라서 변조하지 않고 있다는 것이 기대된다. 이를 통하여, 센서(440) 및/또는 결정 시스템(470)은 미리 정의된 변조 패턴을 가지는 신호를 단지 기록 및/또는 분석함으로써, 노이즈를 기판 상의 구조체(460)로부터 유래하는 신호와 구별할 수 있다.
광학 시스템(420)은 조명 경로 및 검출 경로를 포함한다. 광학 시스템(420)은 적어도 하나의 구조체를 소스(SRC, 410)로부터 조명 경로를 통해 수광된 방사선으로 조명하도록 구성된다. 광학 시스템(420)은 적어도 하나의 구조체(460)에 의해 산란된 방사선을 수광하고 수광된 방사선을 검출 경로를 통해 센서(440)로 전달하도록 구성된다.
광학 시스템(420)은 기판(450) 상의 적어도 하나의 구조체(460)를 센서(440) 상에 이미징하도록 구성된다. 선택적으로, 광학 시스템(420) 및/또는 센서(440)의 정밀도 및 분해능은, 구조체(460)의 피쳐가 센서(440) 상에 형성되고 및/또는 센서(440)에 의해 기록되는 중인 이미지 내에서 개별적으로 구별될 수 있도록 한다. 이것은, 예를 들어 광학 시스템(420)의 광학 요소의 구성이 피쳐를 센서(440) 상에 이미징하기에 충분히 정밀하다는 것을 암시할 수 있다. 이것은, 광학 시스템(420)의 광학 요소가 충분히 정밀하고, 예를 들어 이들이 낮은 수차를 가져서, 피쳐들이 센서(440)에 의해 기록되는 이미지 내에서 구별될 수 있게 한다는 것을 암시할 수 있다. 이것은, 센서(440)의 분해능이 센서(440)에서 구조체(460)의 개별적인 피쳐를 구별하기에 충분히 크다는 것을 암시할 수 있다. 따라서, 센서(440)에서 사용가능한 적절한 픽셀량이 존재하고, 센서(440)의 픽셀은 충분히 민감하다. 또한, 이것은 광학 시스템(420)이, 구조체의 개별적인 피쳐가 센서(440)의 하나 이상의 픽셀 상에 이미징되는 방식으로, 구조체(460)의 피쳐들의 이미지를 확대 또는 축소한다는 것을 암시할 수 있다.
일 실시예에서, 광학 시스템(420)은 고 NA 렌즈를 포함하거나, 광학 시스템(420)은 그 전체로서 높은 NA를 가진다. 이미징 시스템, 예컨대 광학 시스템(420)의 분해능은, 아베(Abbe)회절 한계 로 표시되는 것처럼 센서(440)로 관측되거나 소스(410)에 의해 생성되는 중인 광의 파장에 비례하고, 및 자신의 대물렌즈의 크기에 반비례하는데, 여기에서 NA는 대물렌즈의 개구수이고 d는 광학 시스템(420)으로 포커싱되는 광에 의해 형성되는 스폿의 반경이다. 이미지를 형성하기 위하여, 스폿 크기는 이미징될 개별 피쳐보다 작게 될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 광학 시스템(420)은 고 NA 렌즈를 포함한다. 일 실시예에서, NA는 0.7 이다. 일 실시예에서, NA는 0.8 이다. 일 실시예에서, NA는 0.9 이다. 일 실시예에서, NA는 0.95 보다 크다. 일 실시예에서, 광학 시스템(420) 및 구조체(460) 사이에 특정한 재료가 존재하고, NA는 1 보다 높다. 특정 재료의 예는 NA를 증가시킬 수 있는 가스 또는 유체, 예컨대 물이다.
조명 개구수 및 검출 개구수 사이에 차이가 구별될 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 조명 개구수는 기판(450) 상의 구조체(460)에 충돌하는 조명 방사선의 빔의 개구수이다. 이러한 조명 개구수는, 구조체(460)에 가장 가까운 광학 시스템(420)의 렌즈(424)가 지원하는 개구수보다 훨씬 작을 수 있는데, 그 이유는 조명 빔이 구조체에 가장 가까운 광학 시스템(420)의 렌즈(424)의 일부만을 사용할 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, 조명 개구수는 0.5 보다 작고, 또는 선택적으로 0.2 보다 작고, 또는 선택적으로 0.1 보다 작고, 또는 선택적으로 0.05 보다 작다. 일 실시예에서, 검출 개구수는 가능한 크다. 검출 개구수는, 어떤 회절 각도까지 더 높은 회절 각도가 광학 시스템(420)에 의해 캡쳐될 수 있고 센서(440)를 향해 전달될 수 있는지를 규정한다. 이전의 문단에서, 논의된 개구수(NA)는 검출 개구수에 관한 것이고, 따라서 더 큰 범위에서는 구조체(460)에 가장 가까운 광학 시스템의 렌즈(424)의 개구수에 관한 것이다.
계측 장치(400)는 산란된 방사선의 0차 회절 차수의 방사선이 센서(440)를 향해 전달되는 것을 방지하도록 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 방사선의 광선은 기판(450)에 대해 수직 각도로 구조체(460) 상에 충돌한다. 구조체(460)는 방사선을 산란시켜서, 결과적으로 기판(450)에 수직인 각도에서 광학 시스템(420)을 향하는 방향으로 0차 회절 차수와, 광학 시스템(420)의 방향으로 향하며 양자 모두 0차 회절 차수에 대해 각도를 가지는 플러스 및 마이너스 1차 회절 차수가 되게 한다. 추가적으로 더 높은 회절 차수들은 기판(450)으로부터 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 명확화를 위하여, 이러한 더 높은 회절 차수들은 도시되지 않는다. 광학 시스템에서, 0차 회절 차수를 차단하고 0차 회절 차수의 방사선이 센서(440)를 향해 이동하는 것을 방지하는 차단 요소(428)가 존재할 수 있다.
광학 시스템은 제 1 동작 모드에서 그리고 제 2 동작 모드에서 동작할 수 있다. 제 1 동작 모드에서, 차단 요소는, 차단 요소가 산란된 방사선의 0차 회절 차수가 센서(440)를 향해 전달되는 것을 차단하는 제 1 위치에서 제어가능하다. 제 2 동작 모드에서, 차단 요소는, 센서(440)를 향한 0차 차수의 전달을 차단하지 않는 다른(제 2) 위치에 있다.
선택적으로, 차단 요소(428)는 퓨필 평면 또는 퓨필 평면에 대한 공액 평면에 존재한다. 0차 방사선을 차단하는 중요한 효과는, 0차 방사선이 차단되지 않았을 때에 센서(440) 상의 방사선에 존재할 dc-레벨이 상당히 감소되고, 이를 통하여 이미지가 더 양호한 콘트라스트를 가진다는 것이다.
도 4의 예에서 조명 경로 및 검출 경로는 부분적으로 중첩한다. 광학 시스템(420)은, 소스(410)로부터 유래하는 방사선을 기판(450) 상의 구조체(460)를 향해 반사하고, 구조체(460)에 의해 산란된 방사선의 센서(440)를 향한 전달을 허용하는 빔분할 요소(426)를 가진다.
광학 시스템(420)은 하나 이상의 렌즈(422, 424)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 렌즈(422, 424)는 소스(410)으로부터의 방사선을 구조체(460) 상의 스폿에 포커싱하도록 구성되고, 하나 이상의 렌즈(422, 424)는 적어도 하나의 구조체(460)에 의해 산란된 방사선을 센서(440)를 향해 전달하도록 구성된다. 선택적으로, 하나 이상의 렌즈(422, 424)는 적어도 하나의 구조체(460)의 이미지를 센서(440) 상에 생성하도록 배치된다.
렌즈는 구조체(460)의 개별 피쳐를 센서 상에 이미징하기 위해서 상대적으로 높은 품질을 가져야 한다. 전술된 바와 같이, 이것은 하나 이상의 렌즈(개별적으로 또는 렌즈들의 조합으로서)가 λ/20보다 적은 수차를 가진다는 것을 암시할 수 있다. 선택적으로, 개별 렌즈 또는 렌즈들의 조합의 수차는 λ/100 보다 작고, 또는 선택적으로 λ/500 보다 작고, 또는 선택적으로 λ/1000 보다 작다.
광학 시스템(420)의 예가 렌즈(422, 424)를 포함한다는 것에 주의하여야 한다. 이러한 광학 시스템(420)의 실시예는 렌즈(422, 424)를 사용하는 것에 한정되지 않는다. 광학 시스템(420)은 (만곡형) 미러를 더 사용할 수 있다. 렌즈 대신에 미러가 사용될 수 있다. 또한, 하나 이상의 렌즈 및 하나 이상의 미러의 조합도 사용될 수 있다.
광학 시스템은 도면에는 도시되지 않은 광학기 오차 측정 유닛을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광학 오차 측정 유닛은 색-하트만(Shack-Hartmann) 센서와 같은 수차 센서일 수 있다. 검출된 수차는 센서(440)에 의해 기록되는 이미지를 검출된 수차만큼 정정하기 위해서 결정 시스템(470)에 의해 사용될 수 있다.
계측 시스템(400)은 결정 시스템(DTRM, 470)을 더 포함할 수 있다. 결정 시스템(470)은 센서(440)로부터 신호를 수신하도록 구성되고, 신호는 센서에 의해 기록되는 이미지를 나타낸다. 결정 시스템(470)은 기판의 제 1 층 내의 피쳐(450) 및 기판의 제 2 층 내의 피쳐(450) 사이의 변위에 기반하여 오버레이 값을 결정한다. 피쳐들 사이의 변위는 센서(440)로부터 수신되는 이미지 내에서 결정된다. 오버레이 값이 기대값을 벗어나면, 이러한 편차는 오버레이 오차라고 불린다. 흔히 오버레이라는 용어가 오버레이 오차를 나타내도록 사용된다.
계측 시스템(400)은, 기판(450)에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링되고 조명 방사선이 기판 상에 충돌하는 위치에 대한 기판의 이동을 허용하는 하나 이상의 액츄에이터(480)를 더 포함할 수 있다. 이동은, 예를 들어 x, y 및 z 방향이다. 기판은 반도체 웨이퍼일 수 있고, 기판은 웨이퍼 테이블 상에 제공될 수 있다. 웨이퍼 테이블의 위치는 x, y, z 방향으로 제어될 수 있고, 웨이퍼 테이블은 중심축 주위에서 회전하도록 동작가능할 수도 있다.
액츄에이터(480)가 존재하면, 계측 시스템(400)은, 구조체(460)가 있는 기판(450)이 방사선의 스폿에 대해 이동하는 동안 구조체(460)를 방사선의 스폿으로 조명하도록 동작가능할 수 있다. 기판만이 이동해야 하는 것은 아니고, 센서(440) 및/또는 소스(410)가 있는 광학 시스템이 기판에 대해 이동하는 것도 역시 가능하다. 구조체(460)가 있는 기판(450)이 이동하는 중에, 방사선 조명의 스폿은 기판(450)의 상이한 부분을 조명하고, 따라서, 구조체(460)의 상이한 부분을 조명한다. 이동 중에, 결정 시스템(470)이 있는 센서는 구조체의 상이한 이미지를 획득하거나 기록할 수 있다. 기판 및 상이한 이미지는 구조체의 전체 이미지를 재구성하기 위하여 사용될 수 있고, 및/또는 관심 특성(예컨대, 예를 들어 오버레이 값)의 값을 직접적으로 결정하기 위하여 사용될 수도 있다.
광학 시스템(420)의 일 실시예에서, 차단 요소(428)는 제어 신호에 의존하여 이동될 수 있다. 예를 들어, 차단 요소(428)는 병진 또는 회전 운동을 이용하여 제 2 위치(428')를 향해 이동될 수 있다. 제 2 위치(428')에서, 차단 요소는 더 이상 0차 회절 차수를 차단하지 않고, 그러면 명시야 이미지가 센서(440) 상에 생성된다. 이러한 실시예는, 계측 장치(400)가 암시야 및 명시야 이미징 사이에서 스위칭하게 한다.
도 4에서, 방사선의 스폿이 단일 구조체 상에 충돌하는 것이 도시되었다. 특정 실시예에서는, 두 개 이상의 구조체(460, 460')가 서로 가까운 위치에서 기판(450) 상에서 이용가능할 수 있다. 두 개 이상의 구조체(460, 460')는, 선택적으로 그들 사이의 거리가 짧으면서 서로 인접할 수 있다. 광학 시스템(420)은 두 개 이상의 구조체(460, 460')를 방사선의 단일 스폿으로 동시에 조명하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 센서(440)에 의해 기록되는 이미지는 두 개 이상의 구조체(460, 460')의 이미지를 더 포함할 수 있고, 관심 특성은 양자 모두의 구조체에 대하여 기록된 이미지에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 두 개 이상의 구조체(460, 460')는 상이한 층에 피쳐를 가지고, 따라서, 예를 들어 층들의 상이한 쌍에 관련되는 오버레이 값이 결정될 수 있다. 이러한 실시예는, 관심 특성이 더 빨리 획득되게 하는데, 그 이유는 다수의 관심 특성을 결정하기 위해서 이미지의 단일 획득만이 필요하기 때문이다.
도 6 및 도 7은 오버레이 값이 어떻게 결정되는지를 설명하기 위해서 사용될 것이다. 기판(450) 상의 구조체(460)는, 예를 들어 도 1의 리소그래피 장치를 이용하여 기판(450) 상에 제작될 수 있다. 리소그래피 장치에서, 구조체(460)를 인쇄하기 위해서 패터닝 디바이스(MA)가 사용된다. 패터닝 디바이스(MA)는 기판(450) 상에 구조체(460)를 인쇄하도록 의도되는 구조체를 포함할 수 있다. 실용적 실시예에서, 제 1 층 내에 피쳐를 인쇄하기 위해서 제 1 패터닝 디바이스가 사용되거나 몇 개의 패터닝 디바이스가 사용되고, 제 2 층 내에 피쳐를 인쇄하기 위해서 제 2 패터닝 디바이스가 사용되거나 몇 개의 패터닝 디바이스가 사용된다. 실용적 실시예에서, 사용되는 제 1, 제 2 또는 추가적 패터닝 디바이스는 구조체(600)의 부분들의 정확한 복제본을 포함하지 않고, 미리 정의된 제작 조건에서 구조체(600)의 부분들이 생기게 하는 구조체를 포함한다.
따라서, 도 6은 이상적인 제작 상황에서 제작되고 있고, 따라서, 오버레이 오차가 존재하지 않는다면 기판 상에 존재할 구조체(600)를 나타낸다. 구조체(600)는 제 1 층 내의 제 1 구조체(612) 및 제 2 층 내의 제 2 구조체(622)를 포함한다. 동일한 음영을 가지는 구조체(600) 내의 모든 구조체는 동일한 층 내에 제작된다. 수평으로 배향된 구조체 및 수직으로 배향된 구조체가 존재한다. 간결성을 위하여, 처음의 논의는 수평으로 배향된 구조체에만 초점을 둔다. 수평으로 및 수직으로는 도면의 배향에 대해서 규정되고, 실용적 실시예에서는, 제공된 패턴이 기판(450) 상의 회전, 병진 및/또는 미러링된 패턴 내에 존재할 수 있다는 것에 더욱 주의해야 한다.
구조체(600)는 제 1 구역(610)과 제 2 구역(620)을 포함한다. 제 1 구역(610) 내에는 제 1 피쳐(612)의 반복 패턴이 존재한다. 제 2 구역(620) 내에는 제 2 피쳐(622)의 반복 패턴이 존재한다. 구조체(600)의 예에서, 제 1 구역 및 제 2 구역은 중첩하지 않고 서로 인접한다. 650 또는 660에 있는 것처럼, 제 1 구역 및 제 2 구역은 부분적으로 중첩할 수 있다.
제 1 피쳐(612)의 피치 및 제 2 피쳐(622)의 피치는 실질적으로 서로 같다. 그러나, 반드시 그래야 하는 것은 아니라는 것에 주의하여야 한다. 후술되는 바와 같이, 결정 시스템(470)이 센서(440)에 의해 기록되는 이미지로부터 오버레이 값을 결정할 수 있는 한, 변동하는 피치도 역시 사용될 수 있다. 피쳐(612, 622) 사이의 피치는 더 높은 회절 차수가 산란되는 각도에도 영향을 주고, 그러므로, 사용되는 피치 또는 피치들은 가능한 많은 높은 회절 차수, 또는 적어도 가능한 하나의 높은 회절 차수가 광학 시스템(420)에 의해 캡쳐되도록 현명하게 선택되어야 한다. 더 높은 차수들이 존재하는 각도가 구조체(460)를 조명하기 위하여 사용되는 방사선의 파장에도 의존하고, 그러므로, 파장 및 피치 사이의 조합이 센서(440) 상에 이미지가 생성되게 하기 위해서 현명하게 선택되어야 한다는 것에 주의한다.
실용적 상황에서, 구조체(600)는 도 6에 도시된 것처럼 웨이퍼 상에 정확하게 제작되지 않는다. 실용적 실시예에서, 기판(450) 상에서, 구조체(600)는 도 7의 윗부분에 제공된 구조체처럼 보일 수 있다. 이미지(700)는 계측 장치(400)의 센서(440)에 의해 기록된다. 이미지는 도 7의 윗부분에 제공된 구조체와 유사하다. 이미지(700)에서 이미 알 수 있는 바와 같이, 제 1 피쳐(712)는, 특히 구조체(600)의 이상적인 상황과 비교하면, 제 2 피쳐(722)에 대해서 변위된다. 수평으로 배향된 피쳐(712, 722)의 경우, 이미지(700)의 일부는 도 7의 하단 좌측에서 확대된다. 여기에서, 제 1 피쳐(712')가 제 2 피쳐(722')에 대하여 거리 OVLy만큼 변위된다는 것을 알 수 있다. OVLy는 y-방향에 대한 오버레이 값이다(여기에서 x 및 y-방향은 도 7의 배향에 대해서 규정된다). 또한, 이미지(700)는 수직으로 배향된 피쳐(742, 732) 사이에 변위가 있다는 것을 보여준다. 도 7의 하단 우측에서, 변위가 OVLx로 표시되고 거리 OVLx는 x-방향에서의 오버레이 값이라는 것을 알 수 있다.
비록 도 7에서, 서로 인접한 예를 들어 두 개의 수평으로 배향된 반대 피쳐(712, 722, 712', 722') 또는 두 개의 수직으로 배향된 피쳐(742, 732)의 변위를 분석하는 것에 기반하여 오버레이 값이 결정될 수 있다는 것이 제안되지만, 실용적 실시예에서는 동일한 배향을 가지는 인접한 피쳐의 더 많은 쌍이 사용된다. 예를 들어, 수평으로 배향된 피쳐의 각각의 쌍에 대하여, 오버레이 값이 결정될 수 있고 결정된 값들이 평균화될 수 있다. 예를 들어, 제 1 층 내의 수평 피쳐와 동위상인 제 1 종류의 파 패턴을 결정하고 제 2 층 내의 수평 피쳐와 동위상인 제 2 종류의 파 패턴을 결정하고, 제 1 종류의 파 패턴 및 제 2 종류의 파 패턴 사이의 위상 사이의 차를 오버레이 값에 대한 기반으로 사용하는 것도 가능하다.
수 나노미터의 오버레이 값이 측정되어야 하기 때문에, 계측 장치(400)의 광학 시스템(420)이 구조체(460)의 센서(440) 상의 이미징에 비하여 매우 높은 정밀도 및 정확도를 가진다는 것이 중요하다. 이상적인 광학 시스템부터의 거의 제로인 편차가 수용될 수 있다. 이와 같이, 광학 시스템(420)의 렌즈(422, 424)의 수차 편차 및 광학 시스템(420)에 대한 수차 편차는 전체적으로 작은 것이 바람직하다.
결정 시스템(470)은 센서(440)에 의해 기록되는 이미지를 수신한다. 이러한 이미지는, 예를 들어 이미지(700)이다. 결정 시스템(470)은 이미지 내에서 기대되는 구조체(예를 들어 도 6의 이상적인 구조체(600))에 대한 정보를 더 가질 수 있고, 예를 들어 패턴 인식을 이용하여 이러한 구조체가 이미지(700) 내에서 검출된다. 결정 시스템(470)에 의해 적용되는 패턴 인식 기술은, 이상적인 구조체에 유사한 구조체, 예를 들어 도 6의 구조체(600)를, 상대적으로 많은 양의 노이즈를 포함하는 이미지 내에서, 또는 신호대 잡음비가 상대적으로 작은 이미지에서, 또는 동적 범위가 상대적으로 작은 이미지에서 검출할 수 있도록 하는 것일 수 있다. 결정 시스템(470)은 제 1 층 내의 제 1 피쳐가 제 2 층 내의 제 2 피쳐로 천이되는 것이 어디에서 기대될 수 있는지에 대한 지식도 가질 수 있다. 이러한 지식에 기반하여, 이러한 천이가 이미지(700) 내에서 인식될 수 있고 오버레이 값이 그러한 천이에 기반하여 결정될 수 있다. 결정 시스템(470)은, 예를 들어, 구조체(712', 722', 742, 732)의, 예를 들어 에지를 검출하기 위한 에지 검출 시스템을 구현할 수 있다.
도 4로 돌아가면, 다른 선택적인 피쳐가 광학 시스템(420) 내에 존재할 수 있다. 광학 시스템(420)은 파장 필터(434)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 파장 필터(434)는 소스(410) 및 빔분할 요소(426) 사이에 도시되고, 파장 필터(434)가 다른 위치에 배치될 수도 있다는 것에 주의하여야 한다. 파장 필터(434)는 적어도 광학 시스템(420)의 조명 경로 내에 존재할 것이 기대된다. 파장 필터(434)는 특정 파장의 또는 특정 파장 범위 내의 방사선만을 전달하도록 구성된다. 추가적인 실시예에서, 파장 필터(434)의 동작은 파장 제어 신호에 의존하여 제어될 수 있다. 소스(410)는 유사한 파장 필터를 더 가질 수 있다는 것에도 주의하여야 한다. 다른 실시예에서, 파장 필터(434)는 복수 개의 필터를 포함할 수 있고, 이러한 필터의 조합이 서로 이격된 두 개 이상의 파장이 전달되게 한다. 특정 재료는 특정한 파장에 대해 불투명하다. 그러므로, 구조체(460)를 조명하기 위하여 사용되는 파장(파장 필터(434)를 통해 전달되는 파장들임)을 선택하는 것은, 구조체(460) 내에 사용되는 재료 및 조명 방사선이 구조체(460)의 특정한 층을 통해 전달되어야 하는지 여부에 크게 의존한다. 파장 필터(434)는 파장의 좁은 대역만이 파장 필터(434)를 통해서 전달되게 하도록 구성될 수 있는데, 예를 들어 파장의 좁은 대역의 폭은 20 nm 미만, 또는 10 nm 미만, 또는 5 nm 미만이다.
구조체를 특정 파장 또는 특정 파장 범위 내의 방사선으로 조명하는 것이 유익할 수 있다. 기판(450)의 재료, 및 이와 같이 구조체(460)의 피쳐는 충돌 방사선의 산란에 크게 영향을 줄 수 있다. 특정한 파장을 선택함으로써 또는 특정 파장들을 선택함으로써, 센서(440) 상에 더 양호한 이미지가 획득될 수 있다. 또한, 조명 방사선의 파장은, 구조체(460)가 주어진 피치를 가지는 반복 구조체를 가진다면, 센서(440)로 전달되도록 적어도 하나의 더 높은 회절 차수가 광학 시스템(420)에 의하여(예를 들어 전면 렌즈(424)에 의하여) 캡쳐될 수 있게 하도록 선택될 수 있다. 다르게 말하면, 조명 파장 및 반복 구조체의 피치는 서로에 대해 조절된다(그리고 광학 시스템(420)의 검출 경로의 개구수(NA)에 대해서 조절된다).
추가적인 실시예에서, 광학 시스템(420)은 광학 시스템(420)의 조명 경로 내에 배치되는 제 1 편광기(430)를 포함한다. 제 1 편광기(430)는 특정 편광을 가지는 방사선의 전달을 허용하도록 구성된다. 제 1 편광기(430)는 그 전달이능한 편광이 편광 제어 신호에 의존하여 제어될 수 있는 제어가능한 편광기일 수도 있다.
추가적 실시예에서, 광학 시스템(420)은 광학 시스템(420)의 검출 경로에 배치되는 제 2 편광기(432)를 포함한다. 제 2 편광기(432)는 특정 편광을 가지는 방사선의 전달을 허용하도록 구성된다. 제 2 편광기(432)는 그 전달이능한 편광이 추가적인 편광 제어 신호에 의존하여 제어될 수 있는 제어가능한 편광기일 수도 있다.
구조체 상에 충돌하는 방사선의 편광을 제어하고 산란된 방사선의 어떤 편광이 센서로 전달되는지를 제어하는 것이 유익할 수 있다. 기판(450)의 재료, 및 이와 같이 또한 구조체(460)의 재료는 상이한 편광의 방사선을 상이한 방식으로 산란할 수 있다. 구조체(460) 및 구조체(460) 및 기판(450)의 재료도 구조체(460) 상에 충돌하고 산란되는 방사선의 편광을 바꿀 수 있다. 이를 통하여, 특정 편광으로 조명하고 동일하거나 다른 특정 편광만이 센서를 향해서 전달되게 함으로써, 센서(440) 상에서 더 양호한 이미지, 예를 들어 더 높은 콘트라스트의 이미지가 획득될 수 있다. 방사선의 특정 파장을 특정한 편광과 조합하여 선택하면 센서(440) 상에 더 양호한 이미지가 얻어질 수 있다는 것도 역시 관찰되었다. 일 실시예에서, 구조체(460)는 제 1 편광기(430)에 의해 결정되는 바와 같은 제 1 편광을 가지는 방사선으로 조명된다. 특정한 구조체(460)에서, 예를 들어 오버레이에 관련되는 정보가 제 1 편광에 수직인 편광 방향을 가지는 방사선 내에 존재한다는 것이 알려져 있다. 그러면 제 2 편광기(432)는 편광 방향에 수직인 편광 방향을 가지는, 즉 제 1 편광기(430)를 통해 투과가능한 방사선의 투과만을 허용한다. 일 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이 그리고 적어도 제 2 편광기(432)가 존재한다면, 특정 편광 방향의 더 높은 차수의 회절 방사선만이 센서(440) 상에 충돌하고, 구조체(460)의 특성을 결정하는 것은 특정 편광 방향의 하나 이상의 더 높은 차수의 회절 방사선에만 기반한다. 일 실시예에서, 제 1 편광기(430) 및/또는 제 2 편광기(432)의 설정은 더 양호한 이미지, 예를 들어 더 높은 콘트라스트를 가지는 이미지를 센서(440) 상에서 얻기 위해서 기판(450) 상의 특정한 구조체(460)에 대해서 최적화된다. 예를 들어, 특정한 구조체(460)가 특정 방향에서 반복되는 라인을 가진다면, 특정 편광을 가지는 조명 방사선이 최대로 산란될 수 있고(선택적으로, 더 높은 회절 차수로 최대로 산란됨) 그리고 산란된 방사선의 특정한(다른) 편광만을 센서를 향해서 전달해야 최대 콘트라스트 및/또는 최고 이미지 품질의 이미지가 얻어질 수 있다.
도 4는 소스(410)를 더 도시한다. 소스(410)는 계측 장치(400)의 일부일 수 있지만, 방사선을, 예를 들어 유리 섬유 및/또는 다른 타입의 광 가이드를 사용하여 계측 장치(400)로 제공하는 별개의 소스일 수도 있다. 소스는 200 nm 내지 2000 nm의 파장 범위 내의, 또는 선택적으로 300 nm 내지 1000 nm의 범위 내의, 또는 선택적으로 400 nm 내지 900 nm의 범위 내의, 또는 선택적으로 400 nm 내지 700 nm의 범위 내의 하나 이상의 파장을 가지는 방사선을 생성하도록 구성된다. 소스는 근-적외선 스펙트럼 범위, 예를 들어 750 nm 내지 1400 nm 내의 방사선을 생성하도록 구성될 수 있다. 소스는 가시 파장 범위, 예를 들어 380 nm 내지 750 nm 내의 방사선을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 소스는, 각각 315 nm 내지 400 nm, 280 nm 내지 315 nm, 100 nm 내지 280 nm인 자외선 A, B 또는 C 스펙트럼 범위 중 적어도 하나 내의 방사선을 생성하도록 구성될 수 있다. 위에서 표시된 바와 같이, 특정 파장의 방사선은 유용할 수 있고 따라서 방사선의 파장 또는 파장들은 센서(440) 상에 충분히 높은 품질의 이미지를 획득하기 위해서 최적화될 수 있다. 소스는 방사선을 서로 이격되는 두 개 이상의 파장에서 방출하도록 구성될 수도 있다.
구조체(460)를 조명하는 방사선에 존재하는 파워의 양이 센서에 의해 이미지 센서를 기록하기 위해 요구되는 시간의 많은 양을 결정한다. 구조체(460)를 조명하는 방사선 내에 더 많은 파워가 존재하면, 더 많은 방사선이 센서에 충돌하고 해당 센서(440)가 이미지를 기록하기 위해 필요한 노출 시간은 더 짧아진다. 이와 같이, 소스(410)는 사용 시에 50 와트보다 큰, 또는 선택적으로 150 와트보다 큰, 또는 선택적으로 250 와트보다 큰, 또는 선택적으로 1000 와트보다 큰 파워를 가지는 방사선을 생성하도록 구성된다.
일 실시예에서, 계측 장치(400)는 플라즈마-기반 광자 소스, 예를 들어 달리 레이저-구동 광원이라고 알려진 레이저 구동 광자 소스(laser driven photon sources; LDPS)를 사용할 수 있는데 그 이유는 이들이 높은 휘도를 제공하기 때문이다. 플라즈마는 전기적 방전을 통해 에너지를 인가하고, 레이저 에너지를 인가함으로써 가스상 매질 내에서 생성된다. 방사선의 스펙트럼 분포는 성질상 광대역 또는 협대역일 수 있고, 파장은 근적외선, 가시광선 및/또는 자외선(UV) 대역 내에 있을 수 있다. 공개 특허 출원 US2011204265 및 국제 특허 출원 WO2016030485는 레이저-구동 광자 소스를 포함하는 플라즈마-기반 광원을 기술하는데, 이러한 문헌들은 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합된다.
소스의 다른 예는 간섭성 백색 광 레이저, 간섭성 이산 레이저(작은 파장 범위 내에서 방출함), 간섭성 연속 제어가능 레이저, 간섭성 광학 파라메트릭 발진기(optical parametric oscillator; OPO), 비간섭성 레이저 구동 광원(예를 들어, 전술된 바와 같음), 및/또는 비간섭성 포토다이오드이다. 부분적 비간섭 소스들도 역시 사용될 수 있다는 것에 주의하여야 한다.
소스(410)가 소스 제어 신호에 의존하는 파장 범위 내의 제어가능한 파장의 방사선을 방출할 수 있는 제어가능한 소스일 수도 있다는 것에 주의하여야 한다.
소스(410)는 방사선을 상대적으로 넓은 파장 범위 내의, 예를 들어 50 nm보다 넓은 파장 범위 내의, 또는 선택적으로 100 nm보다 넓은 파장 범위 내의, 또는 선택적으로 200 nm보다 넓은 파장 범위 내의 방사선을 방출할 수 있다. 소스(410)는 상대적으로 좁은 파장 범위 내에서 방출하도록 구성될 수도 있는데, 여기에서 좁은 파장 범위의 폭은, 예를 들어 20 nm보다 작거나, 또는 10 nm보다 작거나, 또는 5 nm보다 작다.
도 4에서는 오직 하나의 조명 방사선 광선이 도시된다. 개략적으로 볼 때, 이러한 단일 방사선 광선은 전달되고 구조체(460) 상의 특정 크기의 스폿 내에 포커싱되는 방사선 빔의 중심축이다. 이와 같이, 도시된 -1차, +1차 및 0차 회절 차수들도 개략적인 중심축만이 도시되는 방사선의 빔이다. 도 4의 콘텍스트에서, 조명 방사선 빔의 중심축은 기판의 상단면에 실질적으로 수직인 방향에서 구조체(460) 상에 충돌한다.
본원에서 논의되는 바와 같은 계측 장치의 일 실시예를 사용하여 측정의 하나 이상의 파라미터를 규정하는 계측 레시피가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, "계측 레시피"라는 용어는 측정 / 측정 장치 자체의 하나 이상의 파라미터, 구조체, 예를 들어 측정되는 구조체(460)의 하나 이상의 파라미터, 또는 양자 모두를 포함한다.
이러한 콘텍스트에서, 측정된 구조체(460)("타겟" 또는 "타겟 구조체"라고도 불림)는 광학적으로 측정되는, 예를 들어 그 회절이 측정되거나 예를 들어 센서(440) 상에 이미징되는 패턴일 수 있다. 측정된 패턴은 측정 목적을 위해 특별하게 설계되거나 선택된 패턴일 수 있다. 하나의 타겟의 다수의 복제본이 기판(450) 상의 여러 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 계측 레시피는 오버레이를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 계측 레시피는 다른 프로세스 파라미터(예를 들어, 선량, 초점, CD, 등)를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 계측 레시피는 기판 상의 현존 패턴에 대하여, 이미징되는 중인 패턴의 층의 정렬을 측정하기 위하여 사용될 수 있다; 예를 들어, 계측 레시피는 기판의 상대 위치를 측정함으로써, 패터닝 디바이스를 기판에 대해 정렬하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 계측 레시피가 측정 / 측정 장치(400) 자체의 하나 이상의 파라미터를 가지면, 측정 자체의 하나 이상의 파라미터는 측정에 사용되는 조명 빔 및/또는 계측 장치의 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 계측 자체의 하나 이상의 파라미터는 조명 방사선의 파장, 및/또는 조명 방사선의 편광, 및/또는 조명 방사선 세기 분포, 및/또는 기판(450)에 대한 조명 방사선의 조명 각도(예를 들어, 입사각, 아지무스 각도 등), 및/또는 회절된/산란된 방사선의 기판(450) 상의 구조체(460)에 대한 상대 배향, 및/또는 구조체(460)/타겟의 측정된 포인트 또는 인스턴스의 개수, 및/또는 기판(450) 상에서 측정되는 구조체(460)/타겟의 인스턴스의 위치를 포함할 수 있다. 측정 자체의 하나 이상의 파라미터는 측정에 사용된 계측 장치의 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있는데, 이것은 검출기 감도, 개구수 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 계측 레시피가 측정되는 구조체(460)의 하나 이상의 파라미터를 포함한다면, 구조체(460)의 하나 이상의 파라미터는, 하나 이상의 기하학적 특성(예컨대 구조체(460)의 적어도 일부의 형상, 및/또는 구조체(460)의 적어도 일부의 배향, 및/또는 구조체(460)의 적어도 일부의 피치(예를 들어, 상부 주기적 층 내의 상부 격자의 피치, 하부 격자의 피치 및/또는 하부 격자의 피치를 포함하는 격자의 피치), 및/또는 구조체(460)의 적어도 일부의 크기(예를 들어, CD)(예를 들어, 상부 격자 및/또는 하부 격자의 피쳐의 CD를 포함한, 격자의 피쳐의 CD), 및/또는 구조체(460)의 피쳐의 세그먼트화(예를 들어, 격자의 피쳐를 하부-구조체로 분할하는 것), 및/또는 격자 또는 격자의 피쳐의 길이), 및/또는 구조체(460)의 적어도 일부의 재료 속성(예를 들어, 굴절률, 소광 계수, 재료 타입 등), 및/또는 구조체(460)의 식별(예를 들어, 어떤 패턴을 다른 패턴과 구별하는 것) 등을 포함할 수 있다.
측정 레시피는 수학식 과 같은 형태로 표현될 수 있는데, 여기에서 는 측정/계측 장치(400)의 하나 이상의 파라미터이고 는 측정되는 하나 이상의 구조체(460)의 하나 이상의 파라미터이다. 이해될 수 있는 것처럼, n 및 m은 1일 수 있다. 더 나아가, 계측 레시피는 측정의 하나 이상의 파라미터 및 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터 양자 모두를 가져야 하는 것은 아니다; 이것은 측정의 하나 이상의 파라미터만을 가지거나 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터만을 가질 수 있다.
센서(440) 상에서 상대적으로 양호한 이미지를 생성하기 위하여, 계측 장치(400)는 기판(450) 상의 구조체(460)에 조명 방사선을 포커싱할 수 있다. 포커싱 서브-시스템이 계측 장치(400) 내에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 계측 장치(400)는 구조체(460) 내의 상이한 깊이에 포커싱하도록 구성될 수 있다. 광학 시스템(420)은, 예를 들어 렌즈(424)를 이동시켜 특정한 초점을 얻도록 구현될 수 있다. 기판(450)을 상이한 방향으로 이동시킬 수 있는 하나 이상의 액츄에이터(480)는 구조체(460)가 있는 기판(450)을 상하 이동시켜서 조명 방사선을 구조체(460) 내의 상이한 깊이에 포커싱할 수 있다. 계측 장치(400)는, 계측 장치(400)가 구조체(460) 내에서 상이한 깊이에 포커싱되면, 센서(440)로 상이한 이미지를 기록하도록 구성될 수 있다. 상이한 이미지들은 구조체(460)의 관심 특성을 결정하도록 결정 시스템(470)에 의해 사용될 수 있다. 또한, 결정 시스템(470)은 관심 특성을 결정하기 위하여 가장 적합한 상이한 이미지들 중 하나 이상의 이미지를 선택할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 이미지는 콘트라스트가 미리 규정된 레벨보다 높아야 한다는 요건에 기반하여 선택될 수 있다.
도 5는 계측 장치(500)의 다른 실시예의 개략도를 도시한다. 계측 장치(500)는 계측 장치(400)와 유사하고 유사하거나 동등한 실시예를 포함한다. 차이가 이하 설명될 것이다.
계측 장치(500)에서 조명 방사선 빔은 구조체(460)에 실질적으로 수직인 각도에서 구조체(460)에 충돌하지 않고, 기판(450)의 표면의 법선에 대해 특정 각도로 충돌한다. 도 5의 예에서, 그러면 결과적으로 기판(450)의 상단면에 거의 수직인 경로를 따라가는 -1차 회절 차수, 및 법선에 대해 소정 각도를 가지는 -2차 및 0차 회절 차수가 생길 수 있다. 이러한 구성에서, 0차 회절 차수가 센서(440)를 향해 전달되지 않도록, 차단 요소(528)가 광학 시스템(520) 내의 다른 위치에 위치되어야 한다. 선택적으로, 추가적 요소(528')가 -2차 회절 차수를 역시 차단하도록 존재할 수 있다. 광학 시스템(520)은 검출 경로에 원형 애퍼쳐를 더 가질 수 있고 차단 요소(528, 528')는 애퍼쳐가 생성되는 요소의 단면도일 수 있다.
구조체(460) 상에 수직으로 충돌하지 않는 조명 방사선 빔은 광학 시스템(520)의 조명 경로의 중심축에 대해서 소스(410)를 변위시킴으로써 획득될 수 있다. 소스가 상대적으로 넓은 방사선 빔을 방출한다면, 소스로부터 유래하는 방사선 빔 내에 광학 시스템(520)의 조명 경로의 중심축에서 벗어나는 위치에 있는 애퍼쳐를 가지는 조명 퓨필(529)이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 조명 퓨필(529)은 제어될 수 있는데, 여기에서 광학 시스템(520)의 조명 경로의 중심축에 대한 애퍼쳐의 위치는 조명 퓨필 제어 신호에 의존하여 제어될 수 있다.
도 12는 조명 퓨필(529)의 위치에서 사용될 수 있는 조명 퓨필(1200 및 1210)의 예시적인 상면도를 개략적으로 도시한다. 조명 퓨필(1200)에서 불투명한 플레이트(1202)는 오프-중심 위치에 홀(1204)을 가진다. 불투명한 플레이트(1202)의 중심이 조명 경로의 광축과 일치하면, 조명 방사선은, 예를 들어 도 5의 도시된 조명 광선을 중심으로서 가지는 방사선 빔이 될 것이다. 물론, 조명 퓨필(1200)은 조명 퓨필(1210)에 도시된 것과 유사한 구조로 두 개의 홀(1204)을 가질 수도 있다.
조명 퓨필(1210)은 두 개의 홀(1214, 1216)이 도 12에 도시된 바와 같은 형상으로 제작되는 불투명한 플레이트(1212)를 포함한다. 이러한 특정 홀(1214, 1216)은 조명 퓨필(1210)의 중심에 대해서, 90 도의 각도 오프셋을 가진다. 그러면 조명 경로의 중앙 광축과 일치하지 않는 두 조명 빔이 전달된다. 그러면, 상이한 두 직교 방향으로부터 구조체(460)가 조명되게 되고, 두 차원에서의 오버레이 값이 하나의 측정 획득에서 측정될 수 있다는 장점을 가진다.
도 5, 에서 다른 타입의 퓨필인 검출 퓨필(528'')이 계측 장치(500)의 검출 경로를 따라 도시되었다. 예를 들어, 검출 퓨필(528'')은 퓨필 평면 또는 퓨필 평면과 공액인 평면에 제공될 수 있다. 검출 퓨필(528'')은 산란된 방사선의 하나 이상의 더 높은 회절 차수가 전달되게 하도록 배치될 수 있고 0차 회절 차수의 전달을 차단하도록 배치될 수 있다. 검출 퓨필(528'')은 차단 요소(528) 대신에 또는 추가적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 불투명한 플레이트(1222) 및 예를 들어 도 5의 구조에서 사용된다면 더 높은 회절 차수가 통과해서 전달될 수 있고 0차 차수가 차단될 수 있는 홀(1234)을 포함하는 검출 퓨필(1220)이 도 12에 도시된다. 불투명한 플레이트(1232) 및 두 개의 홀(1234 및 1236)을 가지는, 검출 퓨필(1230)에 대한 대안적 구성이 도시된다. 당업자가, 예를 들어 특정한 조명 퓨필과 조합하여, 특정한 더 높은 회절 차수가 전달되게 하고 0차 회절 차수를 차단하는 특정한 장점을 가지는 대안적 실시예를 찾을 수 있다는 것에 주의하여야 한다.
조명 퓨필(529) 또는 검출 퓨필(528'')은 가요성 및/또는 제어가능한 타입의 퓨필에 의해서도 형성될 수 있다. 예들이 도 13의 (a) 및 도 13의 (b) 및 도 14의 (a) 및 도 14의 (b)에 제공된다. 도 13의 (a), 도 13의 (b), 도 14의 (a) 및 도 14의 (b)의 예들은, 예를 들어 조명 경로 및/또는 검출 경로에 있는 계측 장치(400, 500)의 예들에서 사용될 수 있다. 장치 내의 가능한 위치는 계측 장치(500) 내의 조명 퓨필(529)에 의하여 또는 계측 장치(500) 내의 검출 퓨필(528'')에 의해 개략적으로 표시된다. 도 13의 (a), 도 13의 (b) 및 도 14의 (a)의 예들은 방사선의 전달에 기반한 것이고, 따라서 도 5에 표시된 위치들은 이러한 예들을 위해서 직접적으로 적합하다는 것에 주의하여야 한다. 도 14의 (b)의 예는 반사에 기반하고, 따라서 계측 장치는 조명 및/또는 검출 퓨필에서 반사되는 조명 및/또는 검출 경로를 가지도록 변경되어야 한다. 도 13의 (a), 도 13의 (b), 도 14의 (a) 및 도 14의 (b)의 모든 예는 그 안에서 어떤 요소가 퓨필의 특정한 형상을 얻기 위해서 제어가능한 가요성 퓨필의 예들이다. 이러한 예는 특정한 측정의 요건에 의존하여 선택될 수 있는 상이한 특정한 형상이 생성되게 한다.
도 13의 (a)는 휠의 불투명한 재료 내에 상이하게 성형된 애퍼쳐(1311..1314, 1321..1324)를 가지는 두 개의 휠(1300, 1320)이 존재하는 가요성 퓨필 배열체(1300)를 개략적으로 도시한다. 사용 시에, 휠(1320)은 파선 원(1320')으로 표시된 위치에서 휠(1310) 앞에 또는 뒤에 위치된다. 휠(1300, 1320)은 제어 신호에 의존하여 회전될 수 있다. 제 1 휠(1310)에 대한 특정한 위치 및 제 2 휠에 대한 특정한 위치를 선택함으로써, 특이하게 성형된 애퍼쳐가 가요성 퓨필 배열체(1300)에 의해 생성된다. 도 13의 (a)의 예에서, 사용 시에, 애퍼쳐(1321)는 애퍼쳐(1314) 앞에 있을 수 있다. 사용 시에, 애퍼쳐(1321)의 위치는 사각형(1321')을 사용하여 개략적으로 도시된다. 도면의 지면에 수직인 방향에서 보면, 애퍼쳐(1314) 및 애퍼쳐(1321')의 결합이 이러한 예에서 생성되는 퓨필의 특이하게 선택된 형상이다. 도 13의 (a)의 예에서 제한된 양의 상이한 형상을 가지는 오직 제한된 개수의 애퍼쳐만이 제공된다는 것에 주의하여야 한다. 실용적 실시예에서는, 휠들이 더 다양한 형상을 가지는 훨씬 더 많은 애퍼쳐를 가질 수 있고, 따라서 생성된 퓨필의 특정한 형상을 더 많이 제어한다.
도 13의 (b)는 가요성 퓨필 배열체(1330)를 개략적으로 도시한다. 적용가능한 경우, 도 13의 (a)의 가요성 퓨필 배열체(1300)의 논의된 특성은 도 13의 (b)의 가요성 퓨필 배열체(1330)에도 적용가능하다. 가요성 퓨필 배열체(1330)는 불투명한 재료의 두 개의 가동 스트립(1340, 1350)을 포함하고, 가동 스트립(1340, 1350)은 상이한 형상 및/또는 크기의 상이한 애퍼쳐(1341..1346, 1451..1354)를 포함한다. 제 1 스트립(1340)의 특정 애퍼쳐(1341..1346)를 제 2 스트립(1350)의 특정 애퍼쳐(1351..1354) 앞이나 뒤로 이동시킴으로써, 특정한 제어가능한 형상의 퓨필이 생성될 수 있다. 도 13의 (b)의 예에서, 독자가 바라보는 방향으로, 제 2 스트립(1350)이 제 1 스트립(1340)의 전면에 위치되고 애퍼쳐(1351)는 애퍼쳐(1345)의 앞에 있다. 도면의 지면에 수직인 방향으로, 애퍼쳐(1351, 1345)의 결합이 퓨필의 형상을 규정한다.
도 14의 (a)는 가요성 퓨필 배열체(1400)의 제 3 실시예를 개략적으로 도시한다. 적용가능한 경우, 도 13의 (a)의 가요성 퓨필 배열체(1300) 및 도 13의 (b)의 가요성 퓨필 배열체(1330)의 논의된 특성은 도 14의 (a)의 가요성 퓨필 배열체(1400)에도 적용가능하다. 가요성 퓨필 배열체(1400)는 플레이트(1410) 또는 불투명한 재료의 다른 형상을 포함하고, 플레이트 내에 가요성 퓨필 배열체(1400)로 생성될 수 있는 가능한 최대 애퍼쳐를 규정하는 애퍼쳐(1420)가 제공된다. 가요성 퓨필 배열체(1400)는 다수의 유도 구조체(1430) 중 하나를 따라 이동가능한 방사선 차단 요소(1440, 1441, 1442)를 더 포함한다. 제어 신호에 기반하여, 방사선 차단 요소(1440, 1441, 1442) 중 하나 이상은 유도 구조체(1430) 중 하나를 따라서 애퍼쳐(1420)의 앞에 있거나 애퍼쳐(1420)의 앞에 있지 않는 특정 위치로 이동할 수 있다. 특정한 방사선 차단 요소(1441)를 애퍼쳐(1420) 앞의 특정 위치에 배치함으로써, 애퍼쳐 중 일부는 방사선을 전달할 수 없고, 실효 잔여 애퍼쳐는 특정한 형상의 더 작은 애퍼쳐로 재성형된다. 방사선 차단 요소(1440, 1441, 1442)는 불투명한 재료의 박스형 요소일 수 있다. 다른 실시예에서, 방사선 차단 요소(1440, 1441, 1442)는 구형 또는 타원체 형상을 가질 수 있고, 또는 플레이트(1410)에 평행하게 배치되는 상대적으로 얇은 플레이트형 요소일 수도 있다. 방사선 차단 요소(1440, 1441, 1442)는, 예를 들어 애퍼쳐(1420)의 전방에서 서로 가깝게 이동되면 부분적으로 오버레이하도록 성형될 수 있다. 예를 들어 방사선 차단 요소(1440, 1441, 1442)는 플레이트(1410)에 의해 규정되는 평면에 대해서 틸트된 구성으로 배치되는 스트립일 수 있다. 유도 구조체(1430)는 플레이트(1410)에 의해 규정되는 평면에 평행하게 배치되는 얇은 와이어, 또는 얇은 스트립일 수 있다. 방사선 차단 요소(1440, 1441, 1442)는 기계적 힘에 의하여(예를 들어 액츄에이터를 이용하여), 또는 전기적 또는 자기적 힘에 의해 이동될 수 있다.
도 14의 (b)는 가요성 퓨필 배열체(1450)의 제 4 실시예를 개략적으로 제공한다. 적용가능한 경우, 이전에 논의된 가요성 퓨필 배열체(1300, 1330, 1400)의 논의된 특성은 도 14의 (b)의 가요성 퓨필 배열체(1450)에도 적용가능될 수 있다. 가요성 퓨필 배열체(1450)는 지지 구조체(1470) 상에 제공된 제어가능한 마이크로미러(1451..1456)의 어레이를 포함한다. 제어가능한 마이크로미러(1451..1456)의 어레이 내에는, 마이크로미러(1451..1456)의 그룹 및/또는 각각의 개별적인 마이크로미러(1451..1456)는, 충돌 방사선(1460)이 특정한 방향, 예를 들어 제 1 방향(d1) 또는 제 2 방향(d2)을 향해 반사될 수 있도록 하는 방식으로 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로미러는 충돌 방사선을 세 개 이상의 방향으로 제어가능하도록 반사하도록 구성될 수 있다. 도 14의 (b)의 예에서, 일부 방사선 광선(1460)(예를 들어 광 광선)은 개략적으로 표시된다. 가요성 퓨필 배열체(1450)가 조명 경로에 제공된다면, 방사선 광선(1460)은 소스로부터 유래할 수 있다. 도 14의 (b)의 예에서, 마이크로미러(1452, 1456)는, 충돌 방사선이 제 2 방향(d2)으로 반사되도록 하는 방식으로 제어되고, 마이크로미러(1453..1455)는 충돌 방사선이 제 1 방향(d1)으로 반사되도록 하는 방식으로 제어된다. 가요성 퓨필 배열체(1450)가 조명 경로에 제공된다면, 그리고 제 1 방향(d1)으로 반사된 광이 조명을 위해 사용된다면, 가요성 퓨필 배열체(1450)는 광을 제 1 방향(d1)으로 반사하는 모든 마이크로미러(1453..1455)에 의해 규정되는 (가상) 퓨필을 가진다.
도 14의 (b)의 실시예가 흔히 공간 광 변조기라고도 불린다는 것에 주의하여야 한다. 공간 광 변조기의 다른 실시예는 계측 장치(400, 500) 내의 가요성 퓨필 배열체에서도 사용될 수 있다. 이러한 공간 광 변조기의 다른 실시예는, 전달 상태 또는 방사선 차단 상태 또는 반사 상태에서 제어될 수 있는 픽셀의 어레이를 가지는 액정 디스플레이(LCD)의 한 종류이다. LCD 공간 광 변조기는 전달 모드 또는 반사 모드에서 가요성 및/또는 제어가능한 퓨필로서 사용될 수 있다.
도 6은 기판 상에 제조될 수 있고 계측 장치의 실시예에 의해 검사될 수 있는 구조체의 여러 개략도를 도시한다. 구조체(600)는 이미 전술되었다. 구조체(650)는 제 1 구역(610) 및 제 2 구역(620)이 부분적으로 중첩하고 y-차원에서 서로에 대해 변위되는 구조체이다. 구조체(650)를 회전시키면, 예를 들어 구조체(600)에 유사한 더 큰 구조체가 형성될 수도 있다. 구조체(660)는 구조체(650)와 유사하고 y-차원에 변위가 없다는 차이가 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 도 7의 이미지(700)는 계측 장치(400)의 결정 시스템(470)에 의해 처리될 수 있다. 결정 시스템(470)은 이미지(700) 내의 관심 영역을 검출하도록 구성될 수 있다. 관심 영역은, 추가 처리를 위해서 사용되고, 예를 들어 기판(450) 상의 구조체(460)의 오버레이 값 또는 다른 특성을 결정하기 위하여 사용되는, 이미지 내의 영역이다. 예를 들어, 영역(790)이 관심 영역으로서 식별되는데, 그 이유는 미리 규정된 패턴 또는 적어도 기대된 패턴에 유사한 미리 정의된 패턴을 포함할 수 있기 때문이다. 결정 시스템(470)은 분석을 위해서 더 작은 관심 영역을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 하단 좌측에 도시된 바와 같이, 추가 관심 영역(790')이 이미지 내에 결정될 수 있다. 이러한 예에서, 추가 관심 영역(790')은 y-차원의 오버레이 값을 결정하기 위한 관심 영역이다. 또 다른 예에서, 도 7의 하단 우측에 도시된 바와 같이, 다른 추가 관심 영역(790'')은 x-차원에서의 오버레이 값을 결정하기 위한 관심 영역이다. 센서(440) 상의 이미지가 더 높은 회절 차수(0차 회절 차수보다 높음)에만 기반한다면, 관심 영역(790, 790', 790'')이 구조체(460)에 의해 산란되는 방사선의 더 높은 회절 차수에만 기반한다는 것에 주의하여야 한다. 만일, 예를 들어 도 4의 콘텍스트에서 논의된 바와 같이, 차단 요소(428)가 제어가능할 수 있고, 0차 회절 차수가 센서(440) 상에 충돌하는지 여부가 제어가능하다면, 관심 영역(790, 790', 790'')도 역시 0차 및 더 높은 회절 차수의 충돌 방사선의 결과인 이미지에 기반하여 결정될 수 있다.
도 8은 계측 장치(800)의 제 3 실시예의 개략도를 도시한다. 계측 장치(800)는 도 4 및 도 5의 계측 장치(400 및 500)와 유사하다. 차이가 이하 설명될 것이다. 계측 장치(400 및 500)의 실시예는 계측 장치(800)와 결합될 수 있다.
계측 장치(800)는 상이한 광학 시스템을 가진다. 빔 분할기(426) 대신에 미러(828)가 제공된다. 미러(828)는 소스(410)로부터 나오는 방사선을 기판(450)의 상단면에 실질적으로 수직인 각도로 기판(450) 상의 구조체(460)를 향해 반사하도록 구성된다. 구조체로부터 돌아오는 경면(0차) 회절 차수도 역시 기판(450)의 상단면에 실질적으로 수직인 경로를 따라가게 되고, 또한 미러(828)에 충돌하고 소스를 향해 되반사된다. 이러한 미러(828) 또는 정렬 툴 내의 유사한 요소에 대한 더 많은 세부 사항은 WO2014/026819A2(예를 들어 도 3의 미러(223)), WO2014/056708A2, WO2014/068116A1, WO2013/152878A2에서 발견될 수 있는데, 이들은 본 그 전체 내용이 본 명세서에 원용에 의해 통합된다. 도 5의 계측 장치(500)에 유사한 구성에서, 차단 요소(528)가 0차 차수를 센서(440)를 향하지 않는 방향으로 반사하는 미러로 대체될 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 또는, 도 5의 계측 장치(500)가 차단 요소(528) 대신에 이러한 미러를 가진다면, 0차 회절 차수가 0차 차수의 정보를 기록하기 위해서 사용될 수 있는 추가적 센서를 향해 반사될 수 있다. 0차 차수의 정보를 기록하는 더 많은 예들이 도 9의 콘텍스트에서 제공된다.
도 9는 계측 장치의 제 4 실시예의 개략도를 도시한다. 계측 장치(900)는 도 4, 도 5 및 도 8의 계측 장치(400, 500, 800)에 유사하다. 차이가 이하 설명될 것이다. 계측 장치(400, 500 및 800)의 실시예는 계측 장치(900)와 결합될 수 있다.
광학 시스템(920)은 계측 장치(400)의 광학 시스템(420)과 다르다. 차단 요소(428) 대신에 0차 회절 차수를 센서(940)로 향하지 않는 방향으로 반사하는 미러(928)가 제공된다. 일 실시예에서, 0차 회절 차수는 추가적인 센서(942)를 향해 반사된다.
추가적인 센서(942)는 0차 회절 차수 내의 방사선의 세기를 감지하기 위한 세기 센서일 수 있다. 이것은, 예를 들어 센서(440)로 측정되는 방사선의 세기를 정규화하기 위해서 사용될 수 있는 레퍼런스 신호로서 사용될 수 있다. 따라서, 추가적인 센서(942)는, 예를 들어 소스의 동작에 대한 진단 기능을 가질 수 있다.
추가적인 센서(942)는 퓨필 평면 또는 퓨필 평면과 공액인 평면에 배치될 수 있다. 그러면, 0차 회절 차수의 퓨필 이미지가 기록될 수 있고, 이러한 퓨필 이미지가 구조체(460)의 관심 특성을 결정하기 위한 입력의 추가적 소스로서 사용될 수 있다. 퓨필 이미지는 기판(450) 상의 구조체(460)의 기하학적 구조를 결정하기 위한 재구성 프로세스에서 사용될 수 있다. 구조체(460)에 의존하여, 이용가능한 오버레이 값 정보가 퓨필 이미지 내에 존재할 수 있다는 것도 알 수 있다.
광학 시스템(920)의 추가적인 실시예에서, 미러(928)로부터 추가적인 센서(942)까지의 경로에 추가 렌즈(926)가 역시 존재하고, 추가 렌즈(926)가 센서(942) 상의 구조체(460)의 명시야 이미지를 형성한다. 추가적인 센서(942)는 명시야 이미지를 기록하도록 구성될 수 있다. 명시야 이미지는 레퍼런스 목적을 위하여, 또는 정렬 목적을 위하여, 또는 오버레이 값을 대략적으로는 추정하는 것 등을 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 대략적인 오버레이 값이 당업계에 공지된(포함된 문서 중 하나 이상에 설명된 바와 같음) 기법에 기반하여 명시야 이미지 내에서 결정된다. 대략적 오버레이 값은 프로세스가 규격을 벗어나는지 여부를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 대략적 오버레이 값은, 더 정밀한 값이 센서(440) 상에 형성된 (암시야 이미지에 기반하여 결정되어야 하는지 여부를 결정하기 위해서도 사용될 수 있다. 추가적인 센서(942)는 결정 시스템(470)에 커플링될 수도 있고, 추가적 결정 시스템에 커플링될 수도 있다. 추가적인 센서(942)가 정렬 목적을 위하여 사용되면, 결정 시스템은 이러한 구조체가 조명의 스폿 내에 있는지 여부를 결정하기 위해서, 기록된 이미지 내에서 기대된 구조체를 인식하려고 시도할 것이다. 결정 시스템은 기판을 이동시키도록 동작가능한 액츄에이터에 커플링될 수 있고, 그러면 계측 장치는 반복적 이동 및 검출 알고리즘에 의해서 구조체를 검색하도록 동작가능하다.
추가적인 센서(942)는 관심 영역, 예를 들어 도 7의 관심 영역(790, 790', 790'')을 결정하기 위해서 결정 시스템(470)과 협력할 수도 있다.
추가적인 센서(942)에 의해 기록되는, 0차 회절 이미지에 기반하여 0차 회절 차수의 퓨필 이미지 또는 구조체(460)의 이미지인 정보는, 광학 시스템(920)의 일부의 특성을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 수차가 검출될 수 있고 검출된 수차가, 예를 들어 센서(440)에 의해 기록되는 이미지를 정정하기 위해서 결정 시스템(470)에 의해 사용될 수 있다. 또한, 기판(450) 상에 레퍼런스 구조체가 존재할 수 있고, 또는 광학 시스템(920)의 특성, 예컨대 광학 시스템(920)의 광학 요소의 수차를 양호하게 검출하게 하도록 설계되는, 기판(450)을 지지하는 웨이퍼 테이블 상의 기준 타겟이 존재할 수도 있다.
또는, 미러(928)의 위치가 제어될 수 있다. 제 1 위치에서 미러(928)는 0차 회절 차수를, 예를 들어 센서(942)를 향해 반사한다. 제 2 위치에서 미러(928')는 센서(440)를 향한 0차 회절 차수의 전달을 차단하지 않는다. 이러한 제어가능한 미러는, 계측 장치(900)가 암시야 이미징 및 명시야 이미징 사이에서 스위칭할 수 있게 한다. 도 9에서, 미러(928)는 어떤 축을 중심으로 회전할 수 있는 것이 제안된다. 대안적으로, 미러(928)는 병진을 사용하여 광학 시스템(920)의 검출 경로에서 완전히 벗어나는 위치를 향해 이동된다.
도 10은 오버레이 값을 결정하기 위하여 기판 상에 제작될 구조체의 개략도를 도시한다.
도 10의 상단 좌측에는, 제 1 층에 제 1 구조체(1002)를 포함할 수 있고 제 2 층(1004)에 제 2 구조체를 포함할 수 있는 박스 구조체(1000) 내에 한 박스가 제공된다. 제 1 구조체(1002) 및 제 2 구조체(1004)는 정방형일 수 있고 또는, 대안적으로 이들은 사각형으로 성형될 수 있다. 심지어 다른 실시예에서는 이들이 삼각형, 원형 또는 타원형일 수도 있다. 제공된 구조체(1000)는, 예를 들어 도 1의 리소그래피 장치를 사용하여 이상적인 제작 조건 하에 제작될 수 있는 구조체이다. 이상적인 제작 조건은, 예를 들어 오버레이 오차가 없는 것에 관련된다. 또한, 실용적 실시예에서, 기판(450) 상의 제작된 구조체(1002, 1004)는 둥근 모서리를 가질 수 있다는 것에 주의해야 한다. 구조체(1000) 내에는 제 1 구조체(1002)의 무게중심(1003) 및 제 2 구조체(1004)의 무게중심(1005)을 나타내는 도트가 제공된다. 구조체(1000) 내에는 오버레이 오차가 없기 때문에, 무게중심(1003, 1005)은 포개져 있다. 명확화를 위하여, 무게중심을 나타내는 도트가 기판(450) 상의 구조체(460)에 존재하지 않고 도면에는 개략적으로 무게중심을 나타내도록 도시된다는 것이 표시된다. 실용적 실시예에서, 결정 시스템은 기록된 이미지 내에서 공지된 방법 또는 알고리즘에 의해서 무게중심을 찾는다.
구조체(1010)에 제공된 것과 같이, 제 1 구조체(1002')에 대한 제 2 구조체(1004')의 변위, 및 따라서, 또한 제 2 구조체(1004')의 무게중심(1005')에 대한 제 1 구조체(1002')의 무게중심(1003')의 변위를 사용하여 검출될 수 있는, 제조 프로세스에 있는 오버레이 오차가 존재한다. 무게중심(1003', 1005') 사이의 x-차원의 거리는 오버레이 값 OVLx이다. 무게중심(1003', 1005') 사이의 y-차원의 거리는 오버레이 값 OVLy이다. 다른 실시예에서, 결정 시스템(470)은 패턴 인식을 이용하여 구조체(1002', 1004')의 모서리를 찾도록 동작가능하고, 모서리들 사이의 변위는 오버레이 값(들)을 결정하기 위한 기반일 수 있다.
구조체(1020)는 오버레이 값을 결정하기 위하여 사용될 수 있는 다른 구조체를 나타낸다. 구조체(1020)는 바 구조인 바(bar)이고 제 1 층 내에 기다란 직사각형 제 1 구조체(1022)를 포함하고 제 2 층 내에 기다란 직사각형 제 2 구조체(1024)를 포함한다. 동일한 음영을 가지는 모든 구조체는 동일한 층 내에 제작된다. 제공되는 바와 같은 구조체(1020)는 이상적인 제작 조건에서 제작된다. 실용적 실시예에서, 바(1022, 1024)의 모서리는 곡선이고 라인 단부는 짧아질 수 있다는 것에 주의하여야 한다. x-차원에서의 오버레이 값은 수직 바들의 변위를 분석함으로써 검출될 수 있고, y-차원에서의 오버레이 값은 수평 바들의 변위를 분석함으로써 검출될 수 있다. 구조체(1000, 1010)의 예에서와 같이, 오버레이 값은 제 2 구조체(1024)의 무게중심에 대한 제 1 구조체(1022)의 무게중심의 변위를 검출함으로써도 결정될 수 있다.
또는, 예를 들어 제 2 구조체(1024)를 인쇄 / 제작하기 위해서 사용되는 레티클과 같은 인쇄 디바이스 상에서, 제 2 구조체(1024)의 인쇄를 지원하기 위한 서브-분해능 지원 피쳐(1025, 1025')가 존재할 수 있다. 일반적으로, 서브-분해능 지원 피쳐(1025, 1025')는 기판(450) 상에 인쇄하지 않고, 이들이 기판(450) 상의 구조체(460) 내에는 존재하지 않는다는 것에 주의한다.
구조체(1030)는 여러 십자 형상 구조체(1032, 1032', 1034, 1034')를 포함한다. 제 1 십자 형상 구조체(1032, 1032')는 제 1 층에 제작될 것이고 제 2 십자 형상 구조체(1034, 1034')는 제 2 층에 제작될 것이다. 동일한 음영을 가지는 모든 구조체는 동일한 층 내에 제작된다. 제공되는 바와 같은 구조체는, 제작 조건이 이상적이라면 기판(450) 상에 나타나야 하는 구조체이다. 실용적 실시예, 구조체(1032, 1032', 1034, 1034')의 모서리는 곡선이고 라인 단부는 짧아질 수 있다는 것에 주의하여야 한다. 제작 조건이 이상적이 아니라면, 제 1 십자 형상 구조체(1032, 1032')는 제 2 십자 형상 구조체(1034, 1034')에 대해서 변위된다. 상이한 차원에서의 오버레이 값은 십자 형상 구조체(1032, 1032', 1034, 1034') 중 두 개 이상 사이의 특정 변위를 분석하기 위해서 획득될 수 있다. 예를 들어, y-차원에서의 오버레이 값은 제 2 십자 형상 구조체(1034)에 대한 제 1 십자 형상 구조체(1032)의 변위 거리를 결정함으로써 용이하게 결정될 수 있다. 예를 들어, x-차원에서의 오버레이 값은 제 2 십자 형상 구조체(1034)에 대한 제 1 십자 형상 구조체(1032)의 변위 거리를 결정함으로써 용이하게 결정될 수 있다. 구조체(1030)의 콘텍스트에서, 구조체(1030)를 제작하기 위하여 사용되는 레티클과 같은 패터닝 디바이스는 제 1 및 제 2 십자 형상 구조체(1032, 1032', 1034, 1034')의 인쇄를 지원하는 서브-분해능 지원 피쳐를 포함할 수 있다는 것에 역시 주의하여야 한다. 1025, 1025' 과 유사한 피쳐가 제 1 및 제 2 십자 형상 구조체(1032, 1032', 1034, 1034')의 라인에 가깝게 존재할 수 있다.
오버레이 값을 결정하기 위하여 사용될 수 있는 다른 다중층 구조체가, 본 명세서에 그 전체가 원용에 의해 포함되는 "Diffraction order control in overlay metrology: a review of the roadmap options", Mike Adel 등, "Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXII", Proceedings of SPIE, Vol. 6922, paper 692202, 2008의 도 4에 개시된다.
도 11은 타겟의 실시예들의 서브-세그멘트화의 개략도를 도시한다. 도 11의 상단에는 상이한 층들 사이의 오버레이를 결정하기 위하여 사용될 수 있는 가능한 타겟(1100)이 제공된다. 도시된 타겟(1100)의 그림은, 이상적인 상황에서는 이전에 논의된 계측 장치의 센서(440) 상의 이미지로서 보여지는 그림이다. 기판(450) 상의 구조체(460)는 다를 수 있고, 조명 및 검출 특성에 의존하여, 도 11의 상단에 제공된 타겟(1100)의 이미지가 획득될 수 있다. 예를 들어 도 6, 도 7 및 도 10과 유사하게, 상이한 음영으로 그려진 피쳐는 기판(450) 상의 구조체(460)의 상이한 층에 있는 피쳐에 관련된다.
일반적인 사상은, 기판(450) 상의 구조체(460)가 보이는(및/또는 "공간"으로서 보이지 않는) 피쳐에 대하여, 여러 더 작은 피쳐를 가질 수 있다는 것이다. 이것은 흔히 "피쳐의 서브 세그먼트화(sub segmentation)"라고 불린다. 후술되는 바와 같이, 타겟(1100) 내에 "공간"으로서 제공되는 구역은, 예를 들어 센서(440) 상에서 개별적인 작은 피쳐로서 보이지 않는 상대적으로 작은 피쳐를 가질 수 있다(예를 들어 각각의 개별 라인은 센서(440)에 의해 기록된 이미지에서는 보이지 않을 수 있음). 서브 세그멘트화는 타겟(1100)의 상이한 부분들 사이의 콘트라스트에 영향을 주기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 서브 세그먼트화는 센서(440) 상의 이미지에 영향을 줄 수 있다.
서브 세그먼트화(1120)의 제 1 실시예는 도 11의 중간 좌측에 제공된다. 예를 들어 타겟의 피쳐(1112, 1112')가 기판 상에 상대적으로 작은 피치에서의 라인들의 밀집된 구성(1122, 1122')으로서 존재한다는 것이 도시된다. 타겟(1100)의 피쳐(1112, 1112') 사이의 공간은, 구성(1122, 1122')의 피치보다 큰 피치인 수 개의 상대적으로 좁은 라인의 구성(1123, 1123')을 여전히 가질 수 있다. 구성(1123, 1123')은 광을 구성(1122, 1122')과 상이한 방식으로, 그러므로, 센서(440) 상에 상이한 방식으로 이미징되도록 산란시킨다.
서브 세그멘트화(1130)의 제 2 실시예가 도 11의 하단에 제공된다. 타겟(1100)의 피쳐(1112, 1112')는 기판 상에, 특정 피치인 수직 라인의 조밀한 패턴을 가지는 구성(1132, 1132')으로서 존재할 수 있다. 타겟(1100)의 피쳐(1112, 1112') 사이의 공간은 기판 상에, 특정 피치인 수평 라인의 조밀한 패턴을 가지는 구성(1133, 1133')으로서 존재할 수 있다. 특히, 이러한 서브 세그먼트화(1130)가 있는 기판 상의 구조체가 특정 편광의 방사선으로 조명되면, 구성들 중 하나는 다른 구성보다 더 많은 광을 산란시킬 수 있다. 또한, 구성(1132, 1132')의 더 높은 회절 차수는, 상면에서 볼 때, 구성(1133, 1133')의 더 높은 회절 차수가 아닌 다른 방향을 가진다. 더 높은 회절 차수의 상이한 방향은, 이전에 논의된 계측 장치의 광학 시스템에서 두 상이한 구성 중 하나의 더 높은 회절 차수가 특정한 검출 퓨필에 의해 차단될 수 있게 한다. 검출 퓨필의 실시예는 도 5 및/또는 도 12의 콘텍스트에서 논의되었다. 일반적으로, 이러한 형태의 서브 세그멘트화는, 피쳐들이 예를 들어 센서(440) 상에 형성된 이미지에서, 구조체의 어떤 구역을 구조체의 다른 구역으로부터 구별하기 위해서 상이한 방향으로 배치되는 구역을 가진다.
서브 세그먼트화(1140)의 제 3 실시예는 도 11의 중간 우측에 제공된다. 이러한 구조체에서 모든 피쳐들 사이의 피치는 같지만, 선폭 변동은 가늘고 두껍고 가늘게 되는 등으로 변한다. 이를 통하여, 센서(440) 상에 피쳐로서 이미징될 수 있는 제 1 구역(1142, 1142')이 존재하고, 센서(440) 상에 피쳐로서 이미징될 수 없는 제 2 구역(1143, 1143')이 존재한다. 이러한 형태의 서브 세그먼트화에서, 선폭은 특정한 패턴 또는 기능에 따라 변조된다.
서브 세그먼트화의 앞선 예(1120, 1130, 1140)에서, 서브 세그먼트화는 타겟의 부분 또는 구역마다 하나의 차원으로 수행되었다는 것에 주의하여야 한다. 도 11의 하단 우측에는, 다른 예에서, 서브 세그먼트화가 두 차원에서 수행될 수 있다는 것이 표시되었다. 예를 들어, 서브 세그먼트화의 제 3 실시예(1130)에서 1133'으로 표시되는 구역에서 서브 세그먼트화는 상대적으로 작은 수평 라인으로 이루어진다. 다른 예에서, 서브 세그멘트화의 상대적으로 작은 피쳐는 1133'' 에 표시되는 것처럼 x- 및 y-차원에서 작은 피쳐의 반복 패턴일 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 작은 수평 라인은 2 차원의 그리드 구조체 내에 배치되는 상대적으로 작은 직사각형 피쳐로 하위 분할될 수 있다. 서브 세그멘트화(1120, 1130, 1140)의 모든 예에서 각각의 제공된 라인은 더 작은 선분으로 더 하위분할될 수도 있다.
서브 세그멘트화를 생성하면 기판(450) 상의 타겟(1100)에 대한 프로세스 효과 및 기판(450) 상의 제품 / 인-다이 구조체에 영향을 주는 프로세스 효과 사이에 더 높은 상관을 가지는 것을 위해서 유용할 수 있다. 다르게 말하면, 타겟은 제품 / 인-다이 구조체에 대해서 더 잘 표현가능하다. 더욱이, 디자인 규칙 요구 사항 때문에, 너무 넓은 라인을 방지하고 및/또는 기판(450) 상에 상대적으로 큰 빈 구역을 방지할 필요가 있다. 전술된 바와 같이, 서브 세그먼트화는 타겟의 상이한 부분 / 구역들 사이의 콘트라스트에 영향을 주기 위해서도 사용될 수 있다. 서브 세그멘트화는 타겟의 부분 / 구역의 회절 효율에 영향을 준다. 이를 통하여, 서브 세그먼트화는, 예를 들어 센서(440) 상에 형성되는 이미지 내의 타겟의 상이한 부분 / 구역들 상의 콘트라스트에 영향을 준다.
서브 세그먼트화(1120, 1130, 1140)에서, 피치, 선폭 및 상대적인 라인 배향은 산란 효율이 상대적으로 커지도록 선택될 수 있다. 다르게 말하면, 피치, 선폭 및 상대적인 라인 배향은 미리 정의된 임계보다 높은 산란 효율을 가지도록 선택된다. 따라서, 센서(440) 상에 충돌하는 방사선의 양이 상대적으로 높도록, 조명 방사선의 상대적으로 큰 양이 더 높은 회절 차수로 산란된다. 더욱이, 피치, 선폭 및 상대적인 라인 배향은, 센서(440)에 의해 획득되는 이미지의 광학적 콘트라스트가 상대적으로 커지도록 선택될 수 있다. 상대적인 큰 광학적 콘트라스트는 센서(440)에 의해 획득되는 이미지로부터 상대적인 정확한 오버레이 값을 추출하기 위해 유익할 수 있다.
서브 세그멘트화(1120, 1130, 1140)는 상이한 원리에 기반하는 서브 세그멘트화들의 예들이다. 어떤 타겟(1100) 내에서, 상이한 타입의 서브 세그멘트화가 결합될 수 있다. 또한, 당업자는, 예를 들어 서브-세그멘트화(1120)에서 y-차원의 서브-세그멘트화를 생성함으로써, 제공된 원리 중 일부를 두 개의 차원에 적용할 수 있을 수도 있다.
도 6 및 도 11의 예의 설명에서, 타겟(600, 650, 660, 1100)이 웨이퍼 상의 제작된 3d 구조체의 제 1 층 내에 구조체(612, 1112)를 가지고, 웨이퍼 상의 제작된 3d 구조체의 제 2 층 내에 구조체(622)를 가진다고 가정된다. 그러나, 구조체들은 상이한 층에 제공되어야 하는 것은 아니다. 이들은 웨이퍼 상의 제작된 3d 구조체의 단일 층 내에 위치될 수 있지만, 이들은 동일한 리소그래피 단계에서 제작되지 않는다. 예를 들어, 이중 패터닝 또는 리소-에칭-리소-에칭 프로세스를 사용하면, 각각의 리소그래피 단계 중에 상이한 구조체를 3d 구조체의 동일한 층 내에 제작할 수 있다. 이러한 상이한 리소그래피 단계 중에 제작된 구조체는 정렬 오차의 결과로서 서로에 대한 변위를 가질 수 있고, 결과적으로, 오버레이 오차가 구조체들 사이에 존재할 수 있다. 따라서, 타겟(600, 650, 660, 1100)이 제 1 리소그래피 단계로 구조체(612, 1112)를 생성함으로써 제작되면, 그리고 구조체(622)가 제 2 리소그래피 단계로 제작되면, 두 리소그래피 단계를 사용한 결과인 오버레이 오차를 측정하기 위해서도 타겟(600, 1100)이 사용될 수 있다. 두 리소그래피 단계는 상이한 층 또는 동일한 층에 구조체를 제작하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 내용이 도 10의 타겟(1020, 1030)에도 적용될 수 있다는 것에 주의하여야 한다.
도 15는 타겟(1500)의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다. 타겟(1500)은 타겟(600, 1100)과 유사한 구조체를 가지고, 적용가능하다면, 타겟(600, 1100)의 논의된 특성이 타겟(1500)에도 적용될 수 있다. 도 15에는 쇄선이 있는 박스가 도시된다. 이러한 박스는 구조체들의 그룹이다. 쇄선은 인쇄된 기판 상에는 존재하지 않고, 그룹에 대해서 어떤 구조체인지를 표시하기 위해서만 사용된다. 타겟(1500)은 구조체의 네 개의 그룹(1510, 1520, 1530, 1540)을 가진다. 구조체의 두 개의 그룹(1510, 1540)은 제 1 차원에서의 오버레이 오차를 측정하기 위하여 사용될 수 있고, 구조체의 두 개의 다른 그룹(1520, 1530)은 제 2 차원에서의 오버레이 오차를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 이전에 논의된 계측 장치로 생성된 이미지로부터 오버레이 오차를 결정하는 원리가, 예를 들어 도 7의 콘텍스트에서 논의된다. 구조체의 하나의 특정한 그룹(1510)에 대해서만, 하부구조체(1511, 1512, 1513)가 표시된다. 구조체의 다른 그룹(1520, 1530, 1540) 내에서, 하부구조체(1511, 1512, 1513)의 음영과 동일한 음영을 가지는 하부구조체는 후술되는 바와 같은 하부구조체(1511, 1512, 1513)와 동일한 특성을 가진다.
하부구조체(1511, 1512, 1513)는 상이한 리소그래피 단계로 제작된다. 이들은 웨이퍼 상에 제작되는 중인 3d 구조체의 동일한 층 내에 존재할 수 있다. 이들은, 웨이퍼 상에 제작되는 중인 3d 구조체의 상이한 층에 존재할 수도 있다. 두 타입의 하부구조체(1511, 1512, 1513)가 동일한 층에 있는 반면에, 제 3 타입의 하부구조체(1511, 1512, 1513)가 다른 층에 있는 것도 가능하다. 하부구조체(1511)가 제 1 리소그래피 단계에 의해 제작된다고 가정하고, 하부구조체(1512)가 제 2 리소그래피 단계에 의해 제작된다고 가정하며, 하부구조체(1513)가 제 3 리소그래피 단계에 의해 제작된다고 가정하면, 타겟(1500)은 제 1 리소그래피 단계 및 제 2 리소그래피 단계 사이, 제 2 리소그래피 단계 및 제 3 리소그래피 단계 사이, 및 또한 제 1 리소그래피 단계 및 제 3 리소그래피 단계 사이의 오버레이 오차를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 타겟(1500)을 사용함으로써, 하나의 측정 단계에서 다수의 오버레이 오차가 측정될 수 있는 반면에, 타겟(600)이 사용되면, 적어도 두 개의 타겟 및 두 개의 측정 단계가 필요했다. 따라서, 타겟(1500)은 속도 이점을 제공하고, 계측 타겟에 의해 사용되는 웨이퍼 상의 공간이 추가적으로 절감된다.
타겟(1500)의 예가 세 개의 타입의 하부구조체(1511, 1512, 1513)를 제공한다는 것에 주의하여야 한다. 물론, 단일 타겟으로 더 많은 층 및/또는 더 많은 리소그래피 단계 사이의 오버레이 오차가 측정될 수 있도록, 세 개 또는 네 개의 이상의 타입의 하부구조체를 제공하는 것도 가능하다.
또한, 직접적 리소그래피가 아닌 다른 웨이퍼 처리 단계가 단일 층 내에 개별 구조체를 제작하도록 사용되는 경우, 상이한 타입의 하부구조체(1511, 1512, 1513)가 특정한 웨이퍼 처리 단계, 또는 상이한 처리 단계의 조합, 선택적으로 리소그래피 단계의 조합에 의해 유도되는 오버레이 오차를 측정하기 위하여 사용될 수 있다는 것에 주의하여야 한다.
추가적인 실시예들이 다음 번호를 가진 절들에 개시된다:
1. 기판 상의 적어도 하나의 구조체에 관련된 관심 특성을 결정하기 위한 계측 장치로서,
- 센서 상에 충돌하는 방사선의 특성을 검출하기 위한 센서, 및
- 적어도 하나의 구조체를 소스로부터 수광된 방사선으로 조명하도록 구성되는 광학 시스템을 포함하고,
상기 광학 시스템은 적어도 하나의 구조체에 의해 산란된 방사선을 수광하고 수광된 방사선을 센서로 전달하도록 구성되는, 계측 장치.
2. 제 1 절에 있어서,
상기 광학 시스템은, 소스로부터 기판 상의 구조체까지의 조명 경로 및 기판 상의 구조체로부터 센서까지의 검출 경로를 포함하고,
선택적으로, 조명 경로의 일부가 검출 경로와 중첩하는, 계측 장치.
3. 제 1 절 및 제 2 절 중 어느 한 절에 있어서,
- 상기 센서는 광학 시스템의 이미지 평면 내에 배치되거나 상기 센서는 이미지 평면과 공액인 평면 내에 배치되고,
- 상기 광학 시스템은 센서 상에 적어도 하나의 구조체를 이미징하도록 구성되며,
또는, 구조체의 피쳐는 센서 상에 형성되는 중인 이미지 내에서 개별적으로 구별될 수 있는, 계측 장치.
4. 제 1 절 내지 제 3 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템은 산란된 방사선의 0차 회절 차수의 방사선이 센서를 향해 전달되는 것을 방지하도록 구성되는, 계측 장치.
5. 제 4 절에 있어서,
상기 광학 시스템은, 상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수의 상기 센서를 향한 전달을 차단하기 위한 차단 요소를 포함하는, 계측 장치.
6. 제 4 절에 있어서,
상기 차단 요소는, 상기 차단 요소가 상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수의 상기 센서를 향한 전달을 차단하도록 동작가능한 제 1 위치에서 제어가능하고,
상기 차단 요소는, 상기 차단 요소가 상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수의 상기 센서를 향한 전달을 차단하지 않는 제 2 동작 위치에서 제어가능한, 계측 장치.
7. 제 5 절 및 제 6 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 차단 요소는 상기 0차 회절 차수를 상기 센서를 향하지 않는 방향으로 반사하는 미러인, 계측 장치.
8. 제 7 절에 있어서,
상기 미러는 상기 0차 회절 차수를 추가적인 센서를 향하여 반사하고,
선택적으로, 상기 추가적인 센서 상의 구조체의 명시야 이미지를 생성하기 위한 이미징 렌즈가 상기 미러와 추가적인 센서 사이에 제공되는, 계측 장치.
9. 제 1 절 내지 제 8 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 관심 특성은 상기 기판 상의 제 1 층과 제 2 층 사이의 오버레이 값이고,
상기 적어도 하나의 구조체는 제 1 층 및 제 2 층 내의 피쳐를 포함하는, 계측 장치.
10. 제 9 절에 있어서,
- 상기 적어도 하나의 구조체가 피쳐들의 반복적 구조체를 상기 제 1 층 내의 제 1 구역 내에 포함하는 것,
- 상기 적어도 하나의 구조체가 피쳐들의 반복적 구조체를 상기 제 2 층 내의 제 2 구역 내에 포함하는 것, 및
선택적으로, 상기 제 1 층 내의 피쳐의 피치는 상기 제 2 층 내의 피쳐의 피치와 실질적으로 동일한 것 중 적어도 하나가 성립하는, 계측 장치.
11. 제 10 절에 있어서,
상기 기판의 상면에서 볼 때,
- 상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역은 적어도 부분적으로 중첩하지 않는 것,
- 상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역은 서로 인접한 것, 및
- 상기 기판의 상면에서 볼 때, 상기 제 1 구역과 상기 제 2 구역은 중첩하지 않는 것 중 적어도 하나가 성립하는, 계측 장치.
12. 제 1 절 및 제 11 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 계측 장치는,
센서 상에 기록되는 이미지를 나타내는 신호를 센서로부터 수신하도록 구성되고,
오버레이 값을 상기 기판의 제 2 층 내의 피쳐에 대한 상기 기판의 제 1 층 내의 피쳐의 변위에 기반하여 결정하도록 구성되는 결정 시스템을 더 포함하고,
상기 변위는 상기 이미지에 기반하여 결정되는, 계측 장치.
13. 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템은 하나 이상의 렌즈를 포함하고,
하나 이상의 렌즈의 적어도 하나의 서브세트가 소스로부터의 수광된 방사선을 구조체 상의 스폿에 포커싱하도록 구성되며,
렌즈의 적어도 하나의 추가 서브세트는 적어도 하나의 구조체에 의해 산란된 방사선을 센서로 전달하도록 구성되는, 계측 장치.
14. 제 13 절에 있어서,
하나 이상의 렌즈는 적어도 하나의 구조체를 센서 상에 이미징하도록 구성되는, 계측 장치.
15. 제 13 절 및 제 14 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 하나 이상의 렌즈는 작은 수차를 가지는, 계측 장치.
16. 제 1 절 내지 제 15 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템은 0.5 보다 크거나, 0.7 보다 크거나, 선택적으로 0.9 보다 큰 개구수를 가지는, 계측 장치.
17. 제 1 절 내지 제 16 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템의 개구수는, 센서로 전달하기 위한, 산란된 방사선의 플러스 및 마이너스 1차 회절 차수 중 적어도 하나를 캡쳐하기에 충분하게 높은, 계측 장치.
18. 제 1 절 내지 제 17 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 계측 장치는 소스를 더 포함하는, 계측 장치.
19. 제 18 절에 있어서,
상기 소스는, 200 nm 내지 2000 nm의 파장 범위 내, 또는 선택적으로 300 nm 내지 1500 nm의 범위 내, 또는 선택적으로 400 nm 내지 800 nm의 범위 내의 하나 이상의 파장을 가지는 방사선을 생성하도록 구성되는, 계측 장치.
20. 제 18 절 및 제 19 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 소스는, 사용 시에, 50 와트보다 큰 파워, 또는 선택적으로 150 와트보다 큰 파워, 또는 선택적으로 250 와트보다 큰 파워, 또는 선택적으로 1000 와트보다 큰 파워를 가지는 방사선을 생성하도록 구성되는, 계측 장치.
21. 제 1 절 내지 제 20 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 센서는 1 보다 높은, 또는 선택적으로 10 보다 높은 신호 / 잡음 레벨을 가지는, 계측 장치.
22. 제 1 절 내지 제 21 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 센서는 충돌 방사선의 이미지를 생성하기 위한 픽셀들의 어레이를 포함하는, 계측 장치.
23. 제 1 절 내지 제 22 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템은 적어도 하나의 구조체를 조명하는 방사선을 편광시키기 위한 제 1 편광기를 포함하고,
제 1 편광기는 조명 경로에 제공되는, 계측 장치.
24. 제 1 절 내지 제 23 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템은 특정 편광을 가지는 산란된 방사선을 센서로 전달되게 하기 위한 제 2 편광기를 포함하고,
제 2 편광기는 검출 경로에 제공되는, 계측 장치.
25. 제 23 절 또는 제 24 절에 있어서,
제 1 편광기 및 제 2 편광기 중 적어도 하나는, 특정한 편광을 가지는 방사선이 편광 제어 신호에 표시된 바와 같이 전달되게 할 수 있는 제어가능한 편광기인, 계측 장치.
26. 제 1 절 내지 제 25 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템은 파장 범위 내의 방사선이 투과되게 하는 파장 필터를 포함하고,
파장 필터는 광학 시스템의 조명 경로 및 검출 경로 중 적어도 하나에 제공되는, 계측 장치.
27. 제 1 절 내지 제 26 중 어느 한 절에 있어서,
상기 파장 필터는, 선택가능한 파장 범위 내의 방사선의 전달을 파장 제어 신호에 의존하여 허용할 수 있는 제어가능한 파장 필터인, 계측 장치.
28. 제 1 절 내지 제 27 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템 및/또는 소스는 적어도 하나의 구조체가, 센서로 전달되기 위하여, 광학 시스템에 의한 산란된 방사선의 적어도 하나의 더 높은 회절 차수의 캡쳐를 초래하는 파장을 가지는 방사선으로 조명되게 하도록 구성되는, 계측 장치.
29. 제 1 절 내지 제 28 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 광학 시스템 및/또는 상기 소스는, 상기 적어도 하나의 구조체가 복수 개의 파장을 조명되게 하도록 구성되는, 계측 장치.
30. 기판 상의 적어도 하나의 구조체에 관련된 관심 특성을 결정하는 방법으로서,
- 상기 구조체를 광학 시스템의 조명 경로를 통해 방사선으로 조명하는 단계,
- 상기 구조체에 의해 산란되는 방사선을 상기 광학 시스템의 검출 경로를 통해 센서 상에 수광하는 단계를 포함하는, 관심 특성 결정 방법.
31. 기판 상의 적어도 하나의 구조체에 관련된 관심 특성을 결정하는 방법으로서,
상기 관심 특성은 상기 기판 상의 제 1 층과 제 2 층 사이의 오버레이 값이고,
상기 적어도 하나의 구조체는 제 1 층 및 제 2 층 내의 내의 피쳐를 포함하며, 상기 방법은,
- 상기 구조체를 광학 시스템을 통해 방사선으로 조명하는 단계,
- 상기 구조체에 의해 산란된 방사선을 광학 시스템으로 수광하는 단계 - 상기 광학 시스템은 상기 광학 시스템의 이미지 평면 또는 상기 이미지 평면과 공액인 평면 내에 센서를 포함함 -,
- 상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수의 상기 센서를 향한 전달을 차단하면서, 적어도 하나의 구조체를 상기 광학 시스템으로 상기 센서 상에 이미징하는 단계,
- 상기 센서로 이미지를 기록하는 단계, 및
- 상기 기판의 제 2 층 내의 피쳐에 대한 상기 기판의 제 1 층 내의 피쳐의 변위에 기반하여 오버레이 값을 결정하는 단계 - 상기 변위는 상기 이미지에 기반하여 결정됨 - 를 포함하는, 관심 특성 결정 방법.
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 리소그래피 장치의 맥락에서 본 발명의 실시예가 특정하게 참조되었지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 임의의 장치의 일부가 될 수 있다. 이러한 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라고 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변(비-진공) 조건을 사용할 수 있다.
비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시예의 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 본 발명의 특정한 실시예가 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)

  1. 기판 상의 적어도 하나의 구조체의 관심 특성을 결정하도록 구성된 계측 장치로서,
    상기 적어도 하나의 구조체는 제 1 층 내에 제 1 피치로 제 1 반복적인 피쳐 및 제 2 층 내에 제 2 피치로 제 2 반복적인 피쳐를 포함하며, 상기 제 1 반복적인 피쳐는 적어도 부분적으로 상기 제 2 반복적인 피쳐와 중첩되고 제 1 피치는 제 2 피치와 상이하며,
    상기 계측 장치는,
    센서 상에 충돌하는 방사선의 특성을 검출하도록 구성된 센서; 및
    상기 적어도 하나의 구조체를 소스로부터 수광된 방사선으로 조명하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 구조체에 의해 산란된 방사선을 수광하여 수광된 방사선 중 일부를 상기 센서에 전달하도록 더 구성되는 광학 시스템을 포함하고,
    상기 센서는 상기 수광된 방사선을 검출하기 위해 상기 광학 시스템의 이미지 평면에 또는 상기 이미지 평면과 공액인 평면에 배열되고,
    상기 광학 시스템은 상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수의 방사선이 상기 센서를 향해 전달되는 것을 방지하도록 구성되며
    상기 광학 시스템은 추가적인 센서를 향해 상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수를 반사시키기 위한 미러를 포함하고, 상기 추가적인 센서는 0차 회절 차수 내의 방사선의 세기를 감지하고 상기 센서에 의해 검출된 방사선의 세기를 정규화하기 위한 레퍼런스 신호를 생성하도록 구성된 것인, 계측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서, 상기 광학 시스템, 및 상기 기판 상의 구조체 중 적어도 하나는, 상기 제 1 반복적인 피쳐가 상기 센서 상에서 개별적인 피쳐들로 보이지 않도록 구성되는, 계측 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서, 상기 광학 시스템, 및 상기 기판 상의 구조체 중 적어도 하나는, 상기 제 2 반복적인 피쳐가 상기 센서 상에서 개별적인 피쳐들로 보이지 않도록 구성되는, 계측 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 관심 특성은 제 1 층 내의 제 1 반복적인 피쳐와 제 2 층 내의 제 2 반복적인 피쳐 사이의 오버레이 오차 값인, 계측 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상의 구조체는, 상기 제 1 반복적인 피쳐 및/또는 제 2 반복적인 피쳐가 상기 기판 상의 다른 피쳐에 상응하는 크기를 갖도록 구성되는, 계측 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 미러는, 상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수가 상기 센서를 향해 전달되는 것을 차단하는, 계측 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 시스템의 개구수는, 센서에 전달되도록 하기 위해 상기 산란된 방사선의 플러스 및 마이너스 1차 회절 차수 중 적어도 하나를 캡쳐하도록 구성되는, 계측 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 개구수는 0.5 보다 큰, 계측 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 시스템 및/또는 상기 소스는, 센서에 전달되도록 하기 위해 상기 광학 시스템에 의해 상기 산란된 방사선 중 1차보다 높은 적어도 하나의 회절 차수가 캡쳐되도록 하는 파장을 갖는 방사선으로 상기 적어도 하나의 구조체가 조명되게 하도록 구성되는, 계측 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 파장 범위 내의 방사선의 전달을 허용하기 위한 파장 필터를 포함하되, 상기 파장 필터는 상기 광학 시스템의 조명 경로 및 검출 경로 중 적어도 하나에 제공되는, 계측 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 파장 필터는 파장 제어 신호에 따라 선택가능한 파장 범위 내의 방사선을 전달하도록 구성되는 제어가능한 파장 필터인, 계측 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 상기 적어도 하나의 구조체를 조명하는 방사선을 편광시키도록 구성되는, 조명 경로 내의 제 1 편광기를 포함하는, 계측 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 특정 편광을 가지는 산란된 방사선을 센서에 전달하도록 구성되는, 검출 경로 내의 제 2 편광기를 포함하는, 계측 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 편광기는, 특정 편광을 가지는 방사선이 편광 제어 신호에 표시된 바와 같이 전달되게 허용하도록 구성되는 제어가능한 편광기인, 계측 장치.
  15. 기판 상의 적어도 하나의 구조체에 관련된 관심 특성을 결정하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 구조체를 포함하는 기판을 제공하는 단계 - 상기 적어도 하나의 구조체는 제 1 층 내에 제 1 피치로 제 1 반복적인 피쳐 및 제 2 층 내에 제 2 피치로 제 2 반복적인 피쳐를 포함하며, 상기 제 1 반복적인 피쳐는 적어도 부분적으로 상기 제 2 반복적인 피쳐와 중첩되고 제 1 피치는 제 2 피치와 상이함 -;
    상기 적어도 하나의 구조체를 소스로부터 수광된 방사선으로 조명하는 단계;
    상기 적어도 하나의 구조체에 의해 산란된 방사선을 광학 시스템으로 수광하는 단계;
    상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수의 방사선이 센서를 향해 전달되는 것을 방지하면서, 상기 광학 시스템을 이용하여, 수광된 상기 산란된 방사선 중 일부를 상기 센서에 전달하고, 미러에 의해 추가적인 센서를 향해 상기 산란된 방사선의 0차 회절 차수를 반사시키는 단계 - 상기 추가적인 센서는 0차 회절 차수 내의 방사선의 세기를 감지하고 상기 센서에 의해 검출된 방사선의 세기를 정규화하기 위한 레퍼런스 신호를 생성하도록 구성됨 -; 및
    상기 광학 시스템의 이미지 평면에 또는 상기 이미지 평면과 공액인 평면에 제공되는 상기 센서에 이미지를 기록하는 단계
    를 포함하는, 기판 상의 적어도 하나의 구조체에 관련된 관심 특성을 결정하는 방법.
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