KR20120039659A - 물체 검사 시스템 및 물체 검사 방법 - Google Patents

물체 검사 시스템 및 물체 검사 방법 Download PDF

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율리 블라디미르스키
예브게니이 스마레브
루이지 스카카바로찌
로버트 타랄드센
리처드 제이콥스
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Abstract

물체 검사, 구체적으로는 리소그래피 공정에서 사용되는 레티클의 검사를 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 물체 검사 방법은 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔(probe radiation beam)을 간섭 방식으로 조합하는 단계와, 이들의 컴플렉스 필드 이미지(complex field image)를 저장하는 단계를 포함한다. 하나의 물체의 컴플렉스 필드 이미지가 그 후 기준 물체의 컴플렉스 필드 이미지와 비교되어, 그 차이를 판정한다. 물체 검사 시스템 및 방법은 결함에 대하여 레티클을 검사하는데 특히 유용하다.

Description

물체 검사 시스템 및 물체 검사 방법{OBJECT INSPECTION SYSTEMS AND METHODS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2009년 6월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/219,158의 이점을 주장하며, 이 특허 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되어 있다.
발명의 분야
본 발명의 실시예는 전반적으로 물체 검사 시스템 및 물체 검사 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리소그래피 분야에서의 물체 검사 시스템 및 물체 검사 방법에 관한 것이며, 그 경우 예컨대 검사될 물체는 레티클(reticle) 또는 다른 패터닝 장치일 것이다.
리소그래피는 집적회로(IC)와 다른 디바이스 및/또는 구조체의 제조에서 있어서의 핵심적인 단계 중의 하나로서 널리 인식되어 있다. 그러나, 리소그래피를 이용하여 이루어지는 특징부의 치수가 점점 작아짐에 따라, 리소그래피는 소형 IC 또는 다른 디바이스 및/또는 구조체가 제조될 수 있도록 하기 위한 더욱 중요한 요소가 되고 있다.
리소그래피 장치는 기판 상에 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클로도 지칭되는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟 영역(예컨대, 하나의 다이(die)의 일부분, 하나의 다이, 또는 여러 개의 다이를 포함) 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)의 층 위에의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다.
현재의 리소그래피 시스템은 극히 작은 마스크 패턴 특징부를 투영한다. 레티클의 표면 상에 존재하는 먼지 또는 외부로부터의 미립자 물질은 결과 제품에 악영향을 줄 수 있다. 리소그래피 공정 전에 또는 리소그래피 공정 동안 레티클 상에 침적하는 어떠한 미립자 물질은 기판 상에 투영되는 패턴 내의 특징부를 왜곡시킬 수도 있다. 따라서, 특징부 크기가 작을수록, 레티클로부터 제거해야할 미립자의 크기가 더 작아진다.
레티클과 함께 펠리클(pellicle)이 사용되는 경우도 있다. 펠리클은 레티클의 표면 위에서 프레임에 걸쳐 펼쳐질 수 있는 얇은 투명층이다. 펠리클은 레티클 표면의 패터닝된 측에 미립자가 도달하는 것을 차단하기 위해 이용된다. 펠리클 표면 상의 미립자가 초점 평면에서 벗어나 있고, 노광되고 있는 웨이퍼 상에 이미지를 형성하지 않더라도, 펠리클 표면을 가능한 한 미립자가 없는 상태로 유지하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 어떠한 타입의 리소그래피(예컨대, 대부분의 극자외(EUV) 리소그래피 공정)의 경우에는, 펠리클이 사용되지 않는다. 레티클이 덮여있지 않은 때에는, 이 레티클이 미립자에 의해 오염되기가 쉽고, 이것은 리소그래피 공정에서의 결함을 야기할 수도 있다. EUV 레티클 상의 미립자는 이미징 결함의 주요 원인 중의 하나이다.
입자뿐만 아니라, 마스크 패턴에서의 다른 이상(anomaly)(잘못 정렬된 부분, 상실된 부분, 또는 변형된 부분과 같은)이 더욱 작아지고 있으며, 그에 따라 특징부 크기가 감소함에 따라 정확하게 검출하는 것이 더 어렵게 되고 있다.
제공된 개시 내용(모든 실시예 및 변형예에 대한)에서, 물체의 검사는 물체가 결함으로부터 자유로운지를 평가하기 위해 물체를 시험하는 것으로 이해할 수 있다. "결함"은 원하는 특성, 구체적으로 물체에서 처리하기로 되어 있는 원하는 형상, 패턴, 표면 프로파일 또는 오염물로부터의 자유도에서 어떠한 이상이 있는 것으로 이해할 수 있다. 결함은 예컨대 입자(물체 위에 있거나 또는 물체 상에 형성되는)일 수도 있고, 또는 물체의 표면에 있는 원하지 않은 패인 곳(pit)과 같은 불완전한 부분, 또는 물체의 잘못 정렬된 부분, 상실된 부분 또는 변형된 부분일 수도 있다.
레티클을 노광 위치로 이동시키기 전에 EUV 레티클의 검사 및 세정은 레티클 핸들링 공정의 중요한 특징이 될 수 있다. 통상적으로 검사의 결과로 또는 이력 통계(historical statistic)를 기초로 오염이 의심되는 때에는 레티클을 세정한다.
레티클은 통상적으로 산란 광 기술(scattered light technique) 또는 스캐닝 이미징 시스템 중의 하나를 이용하여 결함에 대해 검사된다.
스캐닝 이미징 시스템은 예컨대 공초점 현미경 시스템(confocal microscope system), EUV 현미경 시스템 또는 전자 빔 현미경 시스템을 포함한다. 공초점 현미경 시스템의 예는 Urbach 등에 의해 "Con-focal Imaging System and Method Using Destructive Interference to Enhance Image Contrast of Light Scattering Objects on a Sample Surface"라는 명칭으로 출원되어 2006년 5월 4일자로 공개된 미국 공개 특허 번호 2006-0091334에 개시되어 있다. 이 특허 문헌에 개시된 시스템은 기준 광 빔과 조사 광 빔(probe light beam) 간의 상쇄 간섭을 채용하여, 그렇지 않은 경우에는 평평할 표면 상의 결함의 검출의 감도를 향상시키고 있다. 이 시스템은 기준 광 빔의 위상을 조정하기 위해 기준 광 빔의 광학 경로 길이를 변경시키기 위해 미러의 세트의 위치를 조정함으로써 또한 기준 광 빔의 진폭을 조정하기 위해 편광기(polarizer)의 세트를 회전시킴으로써 상쇄 간섭을 최대화하도록 조정된다. 이러한 조정은, 결함을 스캐닝하고 검출하기 전의 예비 단계로서, 검사될 각각의 물체에 대해 한 번씩 수행된다. 더욱이, 광추출법(optical subtraction technique)이 이용되기 전에, 빔은 적절한 추출을 실현하도록 적절하게 정렬될 필요가 있다.
산란 광 기술을 이용하면, 레이저 빔이 레티클 상에 포커싱되고, 정반사 방향으로부터 떨어져 산란되는 방사선 빔이 검출된다. 물체 표면 상의 결함은 광을 랜덤하게 산란시킬 것이다. 조명된 표면을 현미경으로 관측함으로써, 결함은 밝은 스폿(bright spot)으로서 밝게 보일 것이다. 스폿의 세기가 결함의 크기에 대한 측정치이다.
가시광 또는 자외선(UV)광으로 작동하는 스캐터로미터(scatterometer)는 스캐닝 이미징 시스템(예컨대, 공초점, EUV 또는 전자빔 현미경 시스템)보다 레티클 검사를 현저하게 빠르게 할 수 있다. 레티클 상의 패턴으로부터 회절된 광을 차단하는 퓨필 평면(pupil plane)에 퓨리에 필터를 갖는 가간섭성 광학 시스템(coherent optical system)과 레이저 방사선 빔을 이용하는 스캐터로미터(scatterometer)가 알려져 있다. 이러한 타입의 스캐터로미터는 레티클 상의 주기적인 패턴으로부터 오는 백그라운드의 레벨에 걸쳐 결함에 의해 산란된 광을 검출한다.
이러한 시스템의 하나의 예가 Bleeker 등에 의해 "Inspection Method and Apparatus Using Same"을 명칭으로 하여 출원되어 2007년 11월 8일자로 공개된 미국 공개 특허 번호 2007-0258086에 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일례의 검사 시스템(100)은 현미경 대물렌즈(104), 퓨필 필터(pupil filter)(106), 투영 광학 시스템(108), 및 검출기(110)를 포함하는 채널(102)을 구비한다. 방사선(예컨대, 레이저)빔(112)은 물체(예컨대, 레티클)(114)를 조명한다. 퓨필 필터(106)는 물체(114)의 패턴으로 인한 광산란을 차단하기 위해 이용된다. 물체(114)의 패턴에 기초하여 퓨필 필터(106)의 필터링을 제어하기 위해 컴퓨터(116)가 이용될 수 있다. 따라서, 필터(106)는 물체(114)와 관련한 퓨필 평면에서의 공간 필터로서 제공되며, 산란 방사선으로부터 방사선을 필터링 제거하기 위해 물체(114)의 패터닝된 구조체와 관련된다. 검출기(110)는 오염 결합의 검출을 위해 필터(106)에 의해 투과되는 방사선의 일부를 검출한다.
그러나, 임의의(즉, 비주기적인) 패턴을 갖는 레티클에 대해 검사 시스템(100)과 같은 검사 시스템을 이용하는 것은 가능하지 않다. 이러한 제한은 패턴에 의해 굴절된 광에 의한 검출기의 포화에 기인한다. 검출기는 제한된 다이나믹 레인지를 가지며, 패턴으로부터 산란된 광의 존재 시에 결함 부분으로부터의 광을 검출할 수 없다. 즉, 해당 광은 주기적인 패턴에 대해서만 가간섭성 광학 시스템의 퓨리에 평면에서의 공간 필터에 의해 효과적으로 필터링 제거될 수 있다. 주기적인 패턴(예컨대, DRAM의경우)을 갖는 경우에도, 레티클 스캐닝 공정에서 퓨리에 필터를 수정할 때에 커다란 문제가 있다. 검사 시스템(100)과 같은 검사 시스템을 이용하면, 또한 그 퓨리에 여과(fourier filtration)를 위해 시준된 방사선 빔만을 이용하여야 하는 제한이 있다. 따라서, 레티클 표면 거칠기로부터의 산란의 억제를 위해 필요한 조명 최적화를 허용하지 않는다.
공지의 검사 시스템을 이용할 때에는 결함 검출기의 정밀도, 품질 및 확실성(certainty)이 자주 손상된다. 크리티컬 디멘전 스캐닝 전자 현미경(CDSEM)과 같은 스캐닝 이미징 시스템은 작은 결함(예컨대, 100 nm 이하, 바람직하게는 20 nm 이하의 특성 치수를 갖는 결함)을 감지할 수 있지만, 그 속도가 느린 기술이다. 그러나, 더 빠른 광학 기술은 가장 높은 레벨의 검출 감도를 제공하지 못한다. 더 높은 처리량에 대한 요구가 증가하고 리소그래피 특징부 크기가 축소됨에 따라, 속도, 더 작은 크기의 결함의 검출, 및 원하지 않은 작용에 대한 면역성의 면에서 검사 시스템의 성능을 향상시키는 것이 점점 더 중요하게 되고 있다.
위에서 예시한 바와 같은 기존의 기술에 비하여 상대적으로 높은 속도로 작동할 수 있고 또한 작은 결함을 검사할 수 있는 향상된 물체 검사 시스템이 제공된다. 구체적으로, 극자외(EUV) 방사선의 분야에서 100 nm 이하 또는 20 nm 이하의 결함을 검사할 수 있는 요구가 크게 부각되고 있다.
일실시예에 따라, 기준 방사선 빔을 방출하도록 배치된 방사선 소스와, 검사될 물체에 입사될 조사 방사선 빔(probe radiation beam)을 방출하도록 배치된 방사선 소스와, 상기 기준 방사선 빔과 상기 조사 방사선 빔을 간섭 방식으로 조합하도록 배치된 하나 이상의 광학 요소와, 기준 물체의 컴플렉스 필드 이미지(complex field image)를 저장하도록 배치된 저장 매체와, 검사될 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 상기 기준 물체의 저장된 컴플렉스 필드 이미지와 비교하도록 배치된 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 검사 시스템이 제공된다.
다른 실시예에 따라, 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 획득하기 위해 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔을 간섭 방식으로 조합하는 단계와, 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 저장하는 단계와, 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 기준 컴플렉스 필드 이미지와 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 검사 방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따라, 물체 검사 시스템을 포함하며, 상기 물체 검사 시스템이, 기준 방사선 빔을 방출하도록 배치된 방사선 소스와, 검사될 물체에 입사될 조사 방사선 빔(probe radiation beam)을 방출하도록 배치된 방사선 소스와, 상기 기준 방사선 빔과 상기 조사 방사선 빔을 간섭 방식으로 조합하도록 배치된 하나 이상의 광학 요소와, 기준 물체의 컴플렉스 필드 이미지(complex field image)를 저장하도록 배치된 저장 매체와, 검사될 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 상기 기준 물체의 저장된 컴플렉스 필드 이미지와 비교하도록 배치된 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템이 제공된다.
본 발명의 추가의 특징 및 장점과 본 발명의 각종 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면을 참조하여 아래에 상세하게 설명되어 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 구체적인 실시예로 한정되지 않음에 유의하여야 한다. 이러한 실시예는 예시를 목적으로 본 명세서에 제공된 것이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 당업자에게는 추가의 실시예가 명백할 것이다.
이하에서는, 단지 예시를 목적으로 하는 본 발명의 상이한 특징의 실시예를 대응하는 부분에 대응하는 도면 부호가 부여되어 있는 첨부된 개략 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1은 스캐터로메트리를 이용한 공지의 물체 검사 시스템의 예를 도시하고 있다.
도 2는 조사 빔(probe beam)과 상호작용하는 경사진 기준 빔을 채용하는 물체 검사 시스템의 실시예를 도시하고 있다.
도 3은 기준 이미지가 광학 저장 장치에 기록되는 기록 모드에 있는 물체 검사 시스템의 실시예를 도시하고 있다.
도 4는 광학 저장 장치에 기록된 기준 이미지에 대해 광학 이미지가 비교되는 검사 모드에 있는, 기준 이미지가 광학 저장 장치에 저장되어 있는 물체 검사 시스템의 실시예를 도시하고 있다.
도 5는 페이스 스텝드 기준 빔(phase stepped reference beam)이 조사 빔과 간섭되는 물체 검사 시스템의 실시예를 도시하고 있다.
도 6은 진동 보상 장치를 포함하는 물체 검사 시스템의 실시예를 도시하고 있다.
도 7은 페이스 스텝드 기준 빔으로서 정반사가 이용되는 물체 검사 시스템의 실시예를 도시하고 있다.
도 8은 반사형 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 9는 투과형 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 10은 일례의 EUV 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
본 발명의 특징 및 장점은 도면에 걸쳐 대응하는 구성요소를 식별하기 위해 동일한 도면 부호가 부여되어 있는 첨부 도면과 함께 아래에 설명되는 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 될 것이다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 전반적으로 동일하거나, 기능적으로 유사하거나, 및/또는 구조적으로 유사한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 실시예는 물체 검사 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 명세서는 본 발명의 특징을 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시하고 있다. 개시된 실시예는 단지 본 발명을 예로서 보여주는 것이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예로 한정되지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.
개시된 실시예 및 "일실시예", "실시예", "일례의 실시예" 등으로의 본 명세서에서의 언급은 개시된 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 이러한 특정한 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함할 필요는 없다는 것을 나타낸다. 더욱이, 이러한 문구는 동일한 실시예를 지칭할 필요도 없다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때에는, 당해 기술 분야에 익숙한 사람의 지식 내에서 명시적으로 설명되는지의 여부에 상관없이 이러한 특징, 구조 또는 특성이 다른 실시예와 함께 구현된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 실시예는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되어 실행될 수 있는 기기 판독 가능한 매체 상에 저장된 명령으로서 구현될 수 있다. 기기 판독 가능한 매체는 정보를 기기(예컨대, 컴퓨터 처리 장치)에 의해 판독 가능한 형태로 저장하거나 전송하는 어떠한 기구도 포함할 수 있다. 예컨대, 기기 판독 가능한 매체는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 소자, 전기적, 광학적, 어쿠스틱(acoustical) 또는 다른 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 및 기타 등등을 포함할 수 있다. 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령은 본 명세서에서 특정한 동작을 수행하는 것으로 설명될 수 있다. 그러나, 이러한 설명은 단지 편의를 위한 것이며, 실제로는 이러한 동작은 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등을 실행하는 컴퓨터 처리 장치, 프로세서, 컨트롤러 또는 기타 장치로부터 발생한다는 것을 이해하여야 한다.
이하에서는 입자 및 물체의 결함 검출을 가능하게 하는 물체 검사 시스템 및 물체 검사 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물체 검사 시스템(200)을 개략적으로 도시하고 있다. 물체 검사 시스템(200)은 예컨대 레티클이 될 수도 있는 물체(202)를 검사하도록 배치된다. 레티클은 필요한 경우 오염으로부터의 보호를 위해 점선으로 도시된 펠리클(204)(또는 예컨대 글래스 윈도우)을 포함할 수도 있다. 펠리클을 포함할지에 대한 여부의 선택은 특정의 리소그래피 공정 및 레티클(202)이 사용되는 리소그래피 장치 구조에 좌우된다.
물체 검사 시스템(200)은 방사선 소스(206)를 포함한다. 방사선 소스(206)로부터의 방사선 빔(208)은 빔 스플리터(210)에 의해 기준 빔(212)과 조사 빔(214)으로 분할된다. 기준 빔(212)은 예컨대 미러 또는 프리즘일 수도 있는 반사 요소(216)에 의해 반사된다.
빔 스플리터(210)로부터 방출된 조사 빔(214)은 제2 빔 스플리터(226)에 의해 반사되어 대물 렌즈(228)를 거치게 되며, 이 대물 렌즈가 조사 빔(214)을 물체(202) 상에 포커싱한다. 펠리클(204)이 포함될 시에는, 이 펠리클은 대물 렌즈(228)의 초점 평면에서 벗어나 있다.
조사 빔(214)은 그 후 물체(202)로부터 반사된다. 정반사는 0차 반사광(230)으로 나타나게 된다. 물체의 표면의 패턴에 의해 더 높은 차수가 발생된다. 예시의 용의를 위해, +1차(232) 및 -1차(234)만이 도시되어 있지만, 그 이상의 차수 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 시스템에 의해 수집되는 그 이상의 차수의 개수는 대물 렌즈(228)의 광학 특성을 포함한 시스템의 파라미터에 좌우된다.
반사광은 빔 스플리터(226)를 반대로 통과한다. 렌즈(236)가 반사광을 수집하고, 이 반사광을 필드 스톱(field stop)(238), 렌즈(240) 및 반사 요소(242)를 거쳐 포커싱한다. 조사 빔(214)의 0차 반사광을 차단하는 공간 필터(244)가 제공될 수 있다(도 2는 또한 공간 필터(244)의 가장자리에 의해 회절되는 가장자리 광선(edge ray)을 도시하고 있다). 나머지 차수는 렌즈(248)에 의해 포커싱된다. 경사진 기준 빔(212)은 그 후 투과된 조사 빔(214)과 간섭하고, 이로써 검출기(250) 상에 입사하는 광은 경사진 기준 빔(212)과 간섭되는 조사 빔(214)의 나머지 차수를 포함하게 되어, 간섭 프린지 패턴(interference fringe pattern)을 형성한다.
간섭 프린지 패턴은 그 후 당업자에게 알려진 바와 같이 물체의 컴플렉스 파면(complex wave front)의 재구성을 가능하게 한다. 경사진 기준 빔이 사용되기 때문에, 상쇄 간섭은 전체 이미지 평면에 걸쳐 발생하지 않는다. 그 대신, 위상 변조된 간섭 프린지가 획득된다. 이것은 통상적으로 공간 헤테로다이닝(spatial heterodyning)으로 지칭된다. 물체 이미지의 위상 분포가 조밀한 프린지 패턴의 위치 변동(positional variation)을 통해 복구(recover)된다. 검출기(250)로부터의 출력을 수신하고 필요한 연산을 수행하기 위해 컴퓨터(224)가 제공된다. 본 실시예에서, 검출기로는 예컨대 CCD 또는 CMOS 이미지 센서와 같은 솔리드 스테이트 이미지 센서가 가능하다.
방사선 소스(206)에서부터 반사 요소(216)를 거쳐 검출기(250)까지 이어지는 광학 경로는 기준 경로 또는 기준 브랜치를 나타내며, 방사선 소스(206)에서부터 물체(202)를 거쳐 검출기(250)까지의 광학 경로는 조사 경로 또는 조사 브랜치를 나타낸다. 기준 브랜치와 조사 브랜치 간의 광학 경로 길이 차이는 조명 소스(206)의 가간섭성 길이(coherence length) 미만이어야 한다는 것을 이해할 것이다. 광학 기능을 수행하는 각각의 브랜치(도 2 및 다른 실시예에 있는)에 제공되는 다양한 구성요소는 "광학 구성요소"로서 지칭된다. 광학 구성요소는 예컨대 반사 요소, 간섭계 요소(interferometer element), 빔 스플리터, 렌즈, 필드 스톱 및 광학 기능을 수행하는 임의의 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
물체 검사 시스템(200)이 전술한 방식으로 물체(202)를 이미징하기 위해 이용된 후, 제2 물체(202')를 동일한 방식으로 이미징하기 위해 이용될 수 있다. 이것은 시스템을 이동시키거나(적어도 부분적으로) 또는 물체(202)를 제거하고 새로운 물체(202')로 대체함으로써 달성될 수 있다.
그 후, 컴퓨터(224)가 예컨대 하나를 다른 하나로부터 감산함으로써 제1 물체(202)와 새로운 물체(202')의 컴플렉스 오브젝트 필드(complex object field)를 비교한다. 이러한 방식으로, 2개의 물체 간의 차이가 용이하게 관측될 수 있다. 이것은, 물체(202)가 기준 레티클이고, 새로운 물체(202')가 기준 레티클(202)과 동일한 패턴을 가질 테스트 레티클일 때에, 유사성을 검증할 수 있고, 결함의 존재에 대해 새로운 물체(202')를 테스트할 수 있다는 것을 의미한다.
방사선 소스(206)는 다른 실시예에서는 모노크롬 레이저이어도 된다.
도 2에 도시된 바와 같은 경사진 기준 파의 이용은, 경사진 기준 빔(212)과 조사 빔(214) 간의 간섭의 결과로서 획득되는 프린지 패턴을 분해(resolve)하기 위해 검출기가 비교적 높은 분해능을 갖도록 요구한다. 도 3 및 도 4는 컴플렉스 필드 이미지(또는 "위상 이미지")가 디지털 방식이 아닌 광학적으로 저장되는 본 발명의 실시예에 따른 물체 검사 시스템(300)을 개략적으로 도시하고 있다.
먼저, 도 3에는 기록 모드가 예시되어 있다. 물체 검사 시스템(300)의 여러 구성요소는 도 2에 도시된 것과 유사하며, 도 2에서 사용된 것과 동일한 도면 부호로 예시되어 있다. 공간 필터(244)가 포함될 수 있지만, 예시의 편의를 위해 도면에서는 생략되어 있다.
검출기(250)의 앞에는 광학 저장 장치(302)가 제공될 수 있다. 광학 저장 장치(302)로는 홀로그래픽 플레이트 또는 크리스탈과 같은 3D 광학 저장 장치가 가능하다. 렌즈(305)는 확대 시스템(magnification system)으로서 작동한다.
위의 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 경사진 기준 빔(212)은 투과된 조사 빔(214)과 간섭하며, 이로써 광학 저장 장치(302)에 입사하는 광이 경사진 기준 빔(212)과 간섭된 조사 빔(214)(바람직하게는 공간 필터에 의해 차단될 수 있는 0차를 포함하고 있지 않은)을 포함하게 되어, 간섭 프린지 패턴을 형성한다. 이 간섭 프린지 패턴은 광학 저장 장치(302)에 저장된다. 컴퓨터(304)는 광학 저장 장치(302) 상의 기록 위치를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 물체(202)의 컴플렉스 필드 이미지가 광학 저장 장치(302)에 저장된다.
본 실시예에서, 광학 저장 장치(302) 상의 기록은 단지 1회, 즉 물체(202)의 제조 직후에만 수행된다. 광학 저장 장치(302)는 그 후 항상 물체(202)와 함께 유지된다. 이러한 방식으로, 광학 저장 장치(302)는 물체(202)가 예컨대 상이한 시스템에서 상이한 지점에서 검사될 수 있도록 상이한 물체 검사 시스템(300)에서 기준으로서 이용될 수 있다.
기록하는 동안, 검출기(250)는 일반적으로 비작동 상태이지만, 다른 실시예에서는 예컨대 광 세기 잡음 데이터를 모니터링하는 것과 같은 모니터링 용도로 이용될 수 있다.
동일한 물체 검사 시스템(300)의 검사 모드가 도 4에 예시되어 있으며, 이 도면에서는 저장된 물체(202)와의 유사성에 대하여 테스트 물체(202')가 테스트된다. 물체(202)의 이미지가 기록되는 광학 저장 장치(302)가 기준 브랜치 내에 위치되며, 재구성된 기준 이미지가 테스트 물체(202')의 이미지와 반대 위상으로 조합된다.
테스트 물체(202')의 이미지가 기준 물체(202)의 이미지와 동일하면, 검출기(250)에 신호가 입사되지 않을 것이다. 결함이 있으면, 검출기(250) 상에서 밝은 스폿으로서 나타날 것이다.
이미지가 광학적으로(홀로그래픽 플레이트 또는 크리스탈에) 저장되기 때문에, 고속의 전자장치 또는 복잡한 대형의 솔리드 스테이트 이미지 센서가 요구되지 않는다. 홀로그래픽 광학 저장 장치의 높은 분해능, 데이터 저장 용량, 및 기록 속도도 이점이 된다. 데이터 처리가 광학적 영역에서 행해지기 때문에, 광학적 처리가 극히 신속하게(실시간으로) 수행될 수 있다. 더욱이, 검사 시간이 매우 짧게 될 수 있다. 이상적으로는, 전체 물체(또는 레티클)가 한 번에 검사될 수 있다(충분하게 균일하고 커다란 조명 및 검출 시스템이 주어진다면).
홀로그래픽 플레이트는 마스크와 동일한 분해능을 가질 필요는 없다. 이용 가능한 플레이트의 최대 크기에 의해 제한되는 마스크 상의 특징부보다 플레이트 상의 특징부가 (훨씬) 클 수 있도록 적합한 확대 광학장치가 채용될 수 있다. 이 때문에, 마스크 신호를 플레이트 신호에 대하여 맞추는 것이 훨씬 덜 필요하게 된다. 확대율을 증가시키는 것은 홀로그래픽 플레이트 또는 크리스탈의 어떠한 변형을 완화시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 물체 검사 시스템(500)을 개략적으로 도시하고 있으며, 이 시스템은 필요한 경우 도 2에 도시된 실시예보다 낮은 분해능의 검출기와 함께 기능할 수 있다. 물체 검사 시스템(500)은 예컨대 레티클일 수도 있는 물체(502)를 검사하도록 배치된다. 레티클은 또한 필요한 경우 오염으로부터의 보호를 위해 점선으로 표시된 펠리클(504)(또는 예컨대 글래스 윈도우)을 포함할 수도 있다. 펠리클을 포함할지의 여부에 대한 선택은 특정의 리소그래피 공정 및 레티클(502)이 이용될 리소그래피 장치 셋업에 좌우된다.
물체 검사 시스템(500)은 방사선 소스(506)를 포함한다. 방사선 소스(506)로부터의 방사선 빔(508)은 빔 스플리터(510)에 의해 기준 빔(512)과 조사 빔(514)으로 분할된다. 기준 빔(512)은 기준 빔(512)에 위상 시프트를 제공하는 간섭계 요소(516)를 통과한다. 간섭계 요소(516)는 선택 가능한 위상 시프트를 제공하도록 조정 가능하다. 도 5에 예시된 실시예에서, 간섭계 요소는 2개의 반사 요소(518, 520) 및 위상 컨트롤러(522)를 포함한다.
반사 요소(518, 520)는 예컨대 미러 또는 프리즘이어도 된다. 위상 컨트롤러(522)는 반사 요소(518, 520)의 상대 위치를 조정하기 위한 액추에이터를 포함한다. 도 5의 구체적인 예에서, 반사 요소(518)는 반사 요소(518) 아래의 화살표로 나타낸 바와 같이 이동할 수 있다. 반사 요소(518, 520)의 상대 위치는 반사 요소(518, 520)의 하나 또는 양자를 이동시킴으로써 조정될 수 있다. 위상 컨트롤러(522)는 컴퓨터(524)로부터 수신된 명령에 따라 동작할 수 있다.
반사 요소 간의 조정된 상대 위치는 기준 빔(512)의 광학 경로 길이 및 그에 따라 기준 빔(512)에 적용되는 위상차를 변경시킨다. 그러므로, 간섭계 요소(516)는 선택된 위상 시프트를 기준 빔(512)에 가하도록 작동될 수 있다.
다른 실시예에서, 간섭계 요소(516)는 예컨대 크리스탈에 걸친 전계(electric field)의 인가 또는 변동에 의해 굴절률이 변화될 수 있는 크리스탈을 채용하는 타입의 전기-광학 변조기를 포함할 수 있다.
빔 스플리터(510)에 의해 투과되는 조사 빔(514)은 제2 빔 스플리터(526)에 의해 반사되어 대물 렌즈(528)를 통과하여, 이 대물 렌즈가 조사 빔(514)을 물체(502) 상에 포커싱한다. 펠리클(504)이 포함될 시에, 펠리클은 대물 렌즈(528)의 초점 평면에서 벗어나게 된다.
조사 빔(514)은 그 후 물체(502)로부터 반사된다. 정반사는 0차 반사광(530)으로 나타나게 된다. 물체의 표면의 패턴에 의해 더 높은 차수 또한 발생된다. 예시의 편의를 위해, +1차(532) 및 -1차(534)만이 도시되어 있지만, 추가의 차수가 제공될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 시스템에 의해 수집되는 추가의 차수의 개수는 대물 렌즈(528)의 광학 특성을 포함한 시스템의 파라미터에 좌우된다.
반사광은 빔 스플리터(526)를 반대로 통과하게 된다. 렌즈(536)는 반사광을 수집하고, 물체(502)의 확대된 이미지를 필드 스톱(538), 렌즈(540) 및 반사 요소(542) 상에 발생한다. 빔 스플리터(546)로부터의 0차 반사광을 차단하는 공간 필터(544)가 제공될 수도 있다(도 5는 또한 공간 필터(544)의 가장자리에 의해 회절되는 가장자리 광선을 도시하고 있다). 더 높은 차수의 반사광은 빔 스플리터(546)를 통과한다. 기준 빔(512)은 또한 빔 스플리터(546)에 입사하여, 이로써 빔 스플리터(546)에 의해 투과되어 이미징 렌즈(548)를 향하는 광이 위상 시프트된 기준 빔(512)에 더해진 0차가 아닌 차수(non-zero order)의 반사광을 포함하게 된다.
위상 시프트된 기준 빔(512)은 빔 스플리터(546)를 빠져나온 조사 빔(514)의 반사광과 간섭하여, 검출기(550) 상에 간섭 패턴을 생성한다. 본 실시예에서, 검출기는 예컨대 CCD 또는 CMOS 이미지 센서와 같은 솔리드 스테이트 이미지 센서이어도 된다. 검출기(550)에 의해 검출된 이미지는 이 예에서는 컴퓨터인 저장 매체(524)에 저장된다.
간섭계 요소(516)는 그 후 상이한 위상 시프트의 연속을 적용하도록 작동될 수 있으며, 각각의 위상 시프트에 대해 간섭 패턴이 기록될 수 있다. 일련의 간섭 패턴에서의 각각의 간섭은 이하의 수식에 의해 표현된다:
Figure pct00001
이 수식에서, In은 일련의 간섭 패턴에서 n차 간섭 패턴의 세기이며, Rref는 기준 빔(512)의 컴플렉스 산란 필드이며, Robj는 조사 빔(514)의 컴플렉스 산란 필드이며, Ψobj는 산란된 조사 빔(514)의 위상이며, φ는 기준 빔(512)에 가해지는 위상 시프트를 나타내고, 이것은 n차 간섭 패턴에 대해 적용되는 페이스 스텝(phase step)을 나타내는 n의 계수로 승산된다.
실제로, 컴플렉스 물체 파면을 재구축하기 위해서는 적어도 3개의 페이스 스텝이 요구된다. 그러나, 더 큰 개수의 페이스 스텝이 수행되면, 신호대 잡음비가 향상될 수 있고, 페이스 스텝 에러가 감소될 수 있다. 통상적으로, 수십 또는 수백 개의 페이스 스텝이 적용될 수 있다. 또한, 페이스 스텝은 동일하게 될 필요가 없다는 것에 유의하기 바란다.
다양한 페이스 스텝으로부터의 간섭 패턴은 그 후 물체(502)의 컴플렉스 필드 이미지를 재구축하기 위해 이용된다. 컴플렉스 필드 이미지는 또한 위상 이미지, 즉 위상 정보를 포함하는 이미지 데이터로서 지칭될 수도 있다.
물체 검사 시스템(500)이 전술한 방식으로 물체(502)를 이미징하기 위해 이용된 후, 동일한 방식으로 제2 물체를 이미징하기 위해 이용될 수 있다. 이것은 예컨대 물체 검사 시스템을 이동시키거나(적어도 부분적으로) 또는 물체(502)를 제거하고 새로운 물체(502')로 대체함으로써 달성될 수 있다.
컴퓨터(524)는 그 후 예컨대 하나를 다른 하나로부터 감산하는 것을 수행함으로써 제1 물체(502)와 신규 물체(502')의 컴플렉스 오브젝트 필드를 비교한다. 이러한 방식으로, 2개의 물체 간의 차이가 용이하게 관측될 수 있다. 이것은, 예컨대 물체(502)가 기준 레티클이고, 새로운 물체(502')가 기준 레티클과 동일한 패턴을 가질 테스트 레티클인 때에, 유사성이 검증될 수 있고, 새로운 물체(502')가 결함의 존재에 대해 테스트될 수 있다는 것을 의미한다.
방사선 소스(506)는 일부 실시예에서는 모노크롬 레이저이어도 된다. 그러나, 다른 실시예에서, 방사선 소스(506)는 다수의 상이한 파장에서 방사선을 방출하는 소스이어도 되며, 그 구체적인 예로는 백색 광원이 있다.
다수의 상이한 파장에서 방사선을 방출하는 방사선 소스(506)를 사용함으로써 마찬가지로 산란 필드(scattered field)의 분광 정보(spectroscopic information)를 모으는 것이 가능하게 된다. 각각의 페이스 스텝에 대해, 다수의 상이한 파장의 컴플렉스 필드(complex field)가 동시에 측정되어 저장될 수 있다. 이것은, 결함이 통상적으로 이미징되는 물체의 표면의 분광 응답과는 상이한 분광 응답을 보일 것이기 때문에, 파장 종속 산란 특성(wavelength-dependent scattering property)이 결함의 검출 가능성을 향상시키는데 도움을 줄 수 있는 여분의 변별 요소(extra discriminating factor)로서 이용될 수 있도록 한다. 모노크롬 광원에 대한 것과 동일한 이미지 분해능으로 이러한 분광 구별가능성을 가능하게 하기 위해, 통상적으로 모노크롬 소스에 대해 요구되는 개수에 비하여 더 많은 개수의 페이스 스텝이 요구될 것이다. 적어도 λ2/Δλ의 전체 이동 범위가 요구되며, 여기서 λ는 중심 파장이고, Δλ는 요구된 스펙트럼 분해능이다. 일례로서, 10 nm의 분해능과 400 nm의 평균 파장에 대해, 16 ㎛ 또는 그 이상의 범위가 요구될 것이며, 페이스 스텝의 전체 개수는 어느 곳에서는 100-1000의 범위에 있을 것이다.
방사선 소스(506)에서부터 간섭계 요소(516)를 거쳐 검출기(550)까지 이어지는 광학 경로는 기준 경로 또는 기준 브랜치를 나타내고, 방사선 소스(506)에서부터 물체(502)를 거쳐 검출기(550)까지 이어지는 광학 경로는 조사 경로 또는 조사 브랜치를 나타낸다. 기준 브랜치와 조사 브랜치 간의 광학 경로 길이 차이는 조명 소스(506)의 가간섭성 길이 미만이어야 한다는 것을 이해할 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 물체 검사 시스템(600)을 개략적으로 도시하고 있으며, 이 시스템은 검출된 물체의 진동을 보상할 수 있는 장치를 포함하고 있다. 이 진동 보상 장치는 도 2 내지 도 5에 예시된 물체 검사 시스템의 어떠한 것에도 이용될 수 있지만, 설명을 용이하게 하기 위해, 도 6은 도 5의 물체 검사 시스템과 통합될 수 있는 진동 보상 장치의 예를 예시하고 있다. 이미지 처리 및 물체 검사의 기본적인 원리는 도 5를 참조하여 설명한 것과 유사하며, 물체 검사 시스템(600)의 요소는 적합한 곳에서는 도 5에 사용된 것과 동일한 도면 부호로 예시되어 있다.
물체 검사 시스템(600)은 측정 브랜치와 기준 브랜치 간의 광학 경로 차이에서의 변동을 측정하기 위해 이용되는 모니터 광원(602)을 포함한다. 모니터 광원(602)으로부터 방출된 방사선 빔(604)은 필요한 경우 반사 요소(606)를 경유하여 빔 스플리터(510)를 통과하게 된다. 빔 스플리터(510)는 모니터 방사선 빔(604)을 모니터 기준 빔(608)과 모니터 조사 빔(610)으로 분할한다. 모니터 기준 빔(608)은 메인 광원(506)으로부터의 기준 빔(512)이 처리되는 것과 동일한 방식으로 처리되어, 동일한 브랜치를 따르게 된다. 마찬가지로, 모니터 조사 빔(610) 또한 메인 광원(506)으로부터의 조사 빔(514)이 처리되는 것과 동일한 방식으로 처리되어, 동일한 브랜치를 따르게 된다. 도 6의 예에서, 모니터 기준 빔(608)은 간섭계 요소(516)에 의해 도입된 위상 변화를 갖는다. 모니터 기준 빔(608)과 모니터 조사 빔(610) 양자는 각각 빔 스플리터(546)로부터 반사되고 투과된 후에 모니터 검출기(612)에 의해 수광된다. 모니터 검출기(612)는 받아들인 정보를 컴퓨터(524)에 제공하여 컴퓨터가 수행하는 계산에 통합되도록 한다.
모니터 검출기(612)는 기준 빔(608)과 조사 빔(610)을 이들이 조합되어 검출기(550)에서 검출된 간섭 조합체가 되기 전에 수광한다. 따라서, 이것은 2개의 브랜치의 광학 경로 길이 간의 변동을 측정하도록 작용한다. 물체의 이동, 시스템의 이동, 또는 시스템 내의 부품의 이동 중의 하나에 의해 물체와 시스템 간에 발생하는 어떠한 진동도 2개의 브랜치 간의 광학 경로 길이 차이에서의 변화를 야기할 것이다. 이러한 차이는 모니터 검출기에 의해 입수되고, 컴퓨터(524)에 제공되며, 컴퓨터가 이미지의 분석에서 이를 고려할 수 있게 된다.
검출되는 광학 경로 길이에서의 차이는 컴퓨터의 처리에서의 이미지를 시프트하기 위해 적용될 정렬 오차로 변환되어, 결함 검출의 정확도를 향상시킬 수 있다.
모니터 광원으로는 예컨대 근적외선(near infra-red) 레이저 다이오드가 가능하지만, 다른 적합한 광원도 이용될 수 있다.
모니터 광원(602)은 검사 하의 물체(502, 502') 위의 연장된 영역을 조명할 수도 있다.
방사선 광원(506)에서부터 간섭계 요소(516)를 거쳐 검출기(550)까지 이어지는 광학 경로는 기준 경로 또는 기준 브랜치를 나타낸다. 방사선 소스(506)에서부터 물체(502)를 거쳐 검출기(550)까지 이어지는 광학 경로는 조사 경로 또는 조사 브랜치를 나타낸다. 모니터 방사선 소스(602)에서부터 간섭계 요소(516)를 거쳐 검출기(550)까지 이어지는 광학 경로는 모니터 경로 또는 모니터 브랜치를 나타낸다. 기준 브랜치와 조사 브랜치 간의 광학 경로 길이 차이는 조명 소스(602)의 가간섭성 길이 미만이어야 한다는 것을 이해할 것이다.
도 7은 물체 검사 시스템(700)의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 이 시스템에서는 물체(702)가 직각으로 조명되고, 0차 반사광(즉, 정반사 광)이 검출기(752) 상에 투영되는 다크 필드 이미지(dark field image)의 컴플렉스 진폭을 간섭 방식으로 측정하기 위한 기준 브랜치로서 이용되고 있다. 다크 필드 이미징을 위한 이 구성은 도 3 내지 도 6의 장치에 대응하는 방법의 어떠한 것과도 함께 이용될 수 있다.
물체 검사 시스템(700)은 예컨대 레티클일 수도 있는 물체(702)를 검사하도록 배치된다. 레티클은 또한 필요한 경우 오염으로부터의 보호를 위해 점선으로 도시된 펠리클(704)(또는 예컨대 글래스 윈도우)을 포함할 수도 있다. 펠리클을 포함할 지의 여부에 대한 선택은 특정의 리소그래피 공정 및 레티클(702)이 이용되는 리소그래피 장치 셋업에 좌우된다.
방사선 소스(706)에서부터 물체(702) 및 간섭계 요소(726)를 경유하여 검출기(752)까지 이어지는 광학 경로는 기준 경로 또는 기준 브랜치를 나타낸다. 방사선 소스(706)에서부터 물체(702)를 경유하여 간섭계 요소(726)를 통과하지 않고 검출기(752)까지 이어지는 광학 경로는 조사 경로 또는 조사 브랜치를 나타낸다. 기준 브랜치와 조사 브랜치 간의 광학 경로 길이 차이는 조명 소스(706)의 가간섭성 길이 미만이어야 한다는 것을 이해할 것이다.
물체 검사 시스템(700)은 방사선 소스(706)를 포함한다. 방사선 소스(706)로부터의 방사선 빔(706)은 빔 스플리터(710) 및 렌즈(712)를 통과하고, 반사 요소(714)에 의해 대물 렌즈(716)를 향하여 반사되며, 이 대물 렌즈가 방사선을 물체(702) 상에 포커싱한다. 입사 방사선은 그 후 물체(702)로부터 반사된다. 펠리클(704)이 포함될 시에는, 펠리클은 대물 렌즈(716)의 초점 평면에서 벗어나게 된다. 정반사(0차 반사광)가 도면부호 "718" 및 "720"으로 도시되어 있다. 물체 표면의 패턴에 의해 더 높은 차수가 발생된다. 예시의 편의를 위해, +1차와 -1차(722) 및 +2차와 -2차(724)가 도시되어 있지만, 그 이상의 차수가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 물체 검사 시스템에 의해 수집되는 그 이상의 차수의 개수는 대물 렌즈(716)의 광학 특성을 포함한 시스템의 파라미터에 좌우된다.
정반사(718, 720)는 반사 요소(714)에 의해 인터셉트되고, 렌즈(712) 및 빔 스플리터(710)를 반대로 통과한다. 반사 요소(714)는 0차 반사광은 인터셉트되지만 다른 차수는 통과할 수 있도록 하는 크기로 된다. 반사 요소(714)의 선택된 치수는 예컨대 사용된 렌즈의 치수 및 광학 특성을 포함하는 물체 검사 시스템(700)의 다른 부품의 특성에 좌우된다.
빔 스플리터(710)에 의해 반사된 후, 정반사 빔은 위상 시프트를 제공하는 간섭계 요소(726)를 통과한다. 간섭계 요소(726)는 선택 가능한 위상 시프트를 제공하기에 적합할 수 있다. 도 7에 예시된 실시예에서, 간섭계 요소(726)는 2개의 역-전파 웨지(counter-propagating wedge)(728, 730)를 포함한다. 이 구성은 이용 가능한 페이스 스테퍼(phase stepper)의 용량에 비하여 상대적으로 큰 광학 경로 차이가 실현될 수 있도록 하기 때문에 선택될 것이다. 그러나, 예컨대 포켈 셀(Pockel's cell), 케르 셀(Kerr cell), LCD(액정 디스플레이) 페이스 시프터, 압전 구동 미러(piezo-driven mirror)/코너 큐브(corner cube), 솔레일 바빈 보상기(Soleil Babine compensator) 등을 포함한, 필요한 경우 도 7의 웨지(728, 730)를 대체할 수 있는, 페이스 스테핑(phase stepping)을 도입하는 다수의 다른 방법이 있다는 것을 이해할 것이다.
간섭계 요소(726)는 컴퓨터/컨트롤러 모듈(732)의 일부분으로서 도 7에 예시된 위상 컨트롤러에 의해 제어된다. 다른 구현예로서, 위상 컨트롤러 및 컴퓨터는 별도의 장치로서 통합될 수도 있으며, 그 경우 위상 컨트롤러는 컴퓨터에 의해 작동될 수 있다(이 예의 구현은 도 5 및 도 6의 대응하는 컴퓨터에 의해 알 수 있다). 도 7에 도시된 바와 같이 구현될 때, 컴퓨터/컨트롤러 모듈(732)은, 하나 이상의 사용자 인터페이스를 갖는, 하드웨어 및 소프트웨어 요소의 혼합체를 포함하는 특별화된 기기의 형태를 취할 수 있다.
도 7의 구체적인 예에서, 웨지(728, 730)는 각각의 웨지에서의 방향 화살표에 의해 나타낸 바와 같이 반대 방향으로 이동할 수 있다.
웨지(728, 730)는 입사 빔의 광학 경로 길이를 변경하며, 그에 따라 위상차가 도입된다. 가해지는 위상차의 크기는 웨지(728, 730)가 이동되는 양을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 그러므로, 간섭계 요소(726)는 선택된 위상 시프트를 입사 빔에 가하도록 작동될 수 있다.
그 후, 위상 시프트된 정반사 빔은 정반사 빔을 조사 브랜치의 광학 경로와 결합하도록(아래에 설명됨) 지향시키는 반사 요소(740)에 입사하기 전에 렌즈(734), 필드 스톱(736) 및 렌즈(738)에 의해 포커싱되어 필터링된다.
물체(702)로부터 반사된 0차가 아닌 차수의 방사선은 반사 요소(714)에 의해 인터셉트되지 않으며, 조사 브랜치를 형성한다. 0차가 아닌 차수의 반사 방사선은 반사 요소(746)에 의해 반사되어 렌즈(748)를 통과하지 전에 렌즈(716, 742) 및 필드 스톱(744)을 통과한다. 조사 브랜치에서의 방사선은 반사 요소(740)에 의해 인터셉트되지 않는다. 조사 브랜치 및 기준 브랜치는 그 후 모두 렌즈(750)에 입사된다. 조사 빔과 기준 빔 간의 간섭은 검출기(752) 상의 간섭 패턴을 생성한다. 일실시예에서, 검출기는 예컨대 CCD 또는 CMOS 이미지 센서와 같은 솔리드 스테이트 이미지 센서이다. 검출기(752)에 의해 검출된 이미지는 컴퓨터/컨트롤러 모듈(732)에 저장된다.
간섭계 요소(726)는 그 후 상이한 위상 시프트의 연속을 적용하도록 작동될 수 있으며, 각각의 위상 시프트에 대해 간섭 패턴이 기록될 수 있다. 일련의 간섭 패턴에서의 각각의 간섭은 이하의 수식에 의해 나타내진다:
Figure pct00002
이 수식에서, In은 일련의 간섭 패턴에서 n차 간섭 패턴의 세기이며, Rref는 기준 빔의 컴플렉스 산란 필드이며, Robj는 조사 빔의 컴플렉스 산란 필드이며, Ψobj는 산란된 조사 빔의 위상이며, φ는 기준 빔에 가해지는 위상 시프트를 나타내고, 이것은 n차 간섭 패턴에 대해 적용되는 페이스 스텝을 나타내는 n의 계수로 승산된다.
실제로, 컴플렉스 물체 파면을 재구축하기 위해서는 적어도 3개의 페이스 스텝이 요구된다. 그러나, 더 큰 개수의 페이스 스텝이 수행되면, 신호대 잡음비가 향상될 수 있고, 페이스 스텝 에러가 감소될 수 있다. 통상적으로, 수십 또는 수백 개의 페이스 스텝이 적용될 수 있다.
다양한 페이스 스텝으로부터의 간섭 패턴은 그 후 물체(702)의 컴플렉스 필드 이미지를 형성하기 위해 조합된다.
물체 검사 시스템(700)이 전술한 방식으로 물체(702)를 이미징하기 위해 이용된 후, 동일한 방식으로 제2 물체를 이미징하기 위해 이용될 수 있다. 이것은 예컨대 물체 검사 시스템을 이동시키거나(적어도 부분적으로) 또는 물체(702)를 제거하고 새로운 물체(702')로 대체함으로써 달성될 수 있다.
컴퓨터/컨트롤러 모듈(732)의 컴퓨터는 그 후 예컨대 하나를 다른 하나로부터 감산하는 것을 수행함으로써 제1 물체(702)와 신규 물체(702')의 컴플렉스 오브젝트 필드를 비교한다. 이러한 방식으로, 2개의 물체 간의 차이가 용이하게 관측될 수 있다. 이것은, 예컨대 물체(702)가 기준 레티클이고, 새로운 물체(702')가 기준 레티클과 동일한 패턴을 가질 테스트 레티클인 때에, 유사성이 검증될 수 있고, 새로운 물체(702')가 결함의 존재에 대해 테스트될 수 있다는 것을 의미한다.
방사선 소스(706)는 일부 실시예에서는 모노크롬 레이저이어도 된다. 그러나, 다른 실시예에서, 방사선 소스(706)는 다수의 상이한 파장에서 방사선을 방출하는 소스이어도 되며, 그 구체적인 예로는 백색 광원이 있다.
다수의 상이한 파장에서 방사선을 방출하는 방사선 소스(706)를 사용함으로써 마찬가지로 산란 필드(scattered field)의 분광 정보(spectroscopic information)를 모으는 것이 가능하게 된다. 각각의 페이스 스텝에 대해, 다수의 상이한 파장의 컴플렉스 진폭(complex amplitude)이 동시에 측정되어 저장될 수 있다. 이것은, 결함이 통상적으로 이미징되는 물체의 표면의 분광 응답과는 상이한 분광 응답을 보일 것이기 때문에, 파장 종속 산란 특성(wavelength-dependent scattering property)이 결함의 검출 가능성을 향상시키는데 도움을 줄 수 있는 여분의 변별 요소(extra discriminating factor)로서 이용될 수 있도록 한다. 모노크롬 광원에 대한 것과 동일한 이미지 분해능으로 이러한 분광 구별가능성을 가능하게 하기 위해, 통상적으로 위에서 설명된 바와 같이, 더 많은 개수의 페이스 스텝이 요구될 것이다. 도 7에 일례로서 예시된 2개의 역-전파 웨지(728, 730)를 이용하는 것은, 상이한 파장에서 방사선을 방출하는 방사선 소스(706)를 이용할 때에는 도움이 될 수 있으며, 그 이유는 이것이 모노크롬 방사선 소스(706)에 비하여 더 큰 광학 경로 차이를 요구하고, 2개의 역-전파 웨지(728, 730)가 전술한 바와 같이 비교적 커다란 범위에 걸쳐 광학 경로를 조정할 수 있고, 그에 따라 충분한 스펙트럼 분해능을 보장하기 위한 우수한 선택이기 때문이다.
물체로부터의 0차 반사광을 기준 경로로서 이용하는 것은, 물체(702)의 어떠한 움직임이 기준 브랜치와 조사 브랜치 양자에 영향을 주어 검출기(752)에서 검출된 이미지의 공통 모드 진동을 발생함에 따라, 물체 검사 시스템(700)이 진동에 본질적으로 민감하지 않게 된다는 것을 의미한다.
물체 검사 시스템(700)은 또한 방사선 센서(754), 옵션의 광학 요소(755), 및 컴퓨터/컨트롤러 모듈(732)에서 실행될 수 있는 적합한 소프트웨어를 포함한 옵션의 모니터링 장치(754, 755)를 포함할 수 있다. 모니터링 장치(754, 755)는 빔 스플리터(710)로부터 방사선을 수광한다. 일실시예에서, 방사선 센서(754)는 광다이오드를 포함한다. 방사선 센서(754)는 컴퓨터/컨트롤러 모듈(732)의 컴퓨터에 세기 잡음 데이터를 제공하기 위해 이용된다. 세기 잡음 데이터는 검출기(752)로 획득되는 이미지를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 이미지의 정규화는 각각의 이미징된 물체의 페이스 스텝 이미지를 상관시키고 기준 물체(702)의 컴플렉스 필드를 테스트 물체(702')와 비교하는데 도움을 주어, 결함 검출의 감도 및 정확도를 추가로 향상시킨다.
모니터링 장치(754, 755)는 또한 도 2 내지 도 6의 브라이트 필드 시스템(bright field system) 및 그 변형예를 포함한 다른 실시예에도 적용될 수 있다.
다른 실시예에서, 도 2 내지 도 7의 물체 검사 시스템은 필요한 경우 렌즈(248, 548, 750)와 각각의 검출기 사이에 필터링 시스템을 포함할 수 있다. 필터링 시스템은 예컨대 공간 필터를 사이에 포함하여 원하지 않는 방사선 또는 에너지를 제거하는 2개의 퓨리에 렌즈를 포함할 수 있다. 필터링 시스템을 이용하는 것은 더 우수한 출력 신호대 잡음비를 제공할 수 있으며, 물체의 패턴이 주기적인 요소를 가질 때에 특히 유용하다.
또한, 전술한 실시예가 반사성 물체/레티클과 함께 사용하기 위한 것으로 설명되었지만, 본 발명의 실시예는 투과성 물체/레티클과 함께 사용하도록 적용될 수도 있다. 그 경우, 도 2 내지 도 7에 도시된 광원은 도면에 도시된 바와 같이 아래로부터 다양한 각각의 물체를 조명할 것이다.
각각의 전술한 실시예 및 그 변형예에서 위상 검출을 이용하는 것은(컴플렉스 필드의 비교를 통해) 전술한 배경 기술에 대한 설명에서 언급된 바와 같은 종래 기술의 세기 기반 검출에 비하여 결함의 검출에 대한 감도를 증가시킨다. 이것은 100 nm 미만, 바람직하게는 20 nm 미만의 특징적인 치수를 갖는 더 작은 결함의 검출에 특히 유용하다.
본 발명에 따른 물체 검사 시스템에 의해 이미징될 수 있는 물체(202/202', 502/502', 702/702')는 일실시예에서는 집적회로의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 발생하기 위한 리소그래피 패터닝 장치일 수도 있다. 일례의 패터닝 장치는 마스크, 레티클, 또는 동적 패터닝 장치를 포함한다. 물체 검사 시스템이 이용될 수 있는 레티클은 예컨대 주기적 패턴을 갖는 레티클 및 비주기적 패턴을 갖는 레티클을 포함한다. 레티클은 또한 예컨대 EUV 리소그래피 및 임프린트 리소그래피와 같은 어떠한 리소그래피 공정과 함께 사용하기 위한 레티클일 수도 있다.
도 7에 도시된 실시예는 다크 필드 시스템으로서 동작한다. 도 2 내지 도 6에 도시된 실시예는 필요한 경우 다크 필드 시스템으로서 동작하도록 수정될 수도 있다.
전술한 실시예는 별도의 장치로서 설명되었다. 이와 달리, 이들 실시예는 필요한 경우 내부 장치(in-tool device), 즉 리소그래피 시스템 내에 있는 장치로서 제공될 수도 있다. 별도의 장치인 경우에는, 레티클 검사(예컨대, 운송(shipping) 전의)의 용도로 이용될 수 있다. 내부 장치인 경우에는, 리소그래피 공정을 위한 레티클을 사용하기 전에 레티클의 신속한 검사를 수행할 수 있다. 도 8 내지 도 10은 레티클 검사 시스템을 내부 장치로서 통합할 수 있는 리소그래피 시스템의 예를 예시하고 있다. 도 8 내지 도 10에서, 레티클 검사 시스템(800)은 각각의 리소그래피 시스템과 함께 도시되어 있다. 레티클 검사 시스템(800)은 도 2 내지 도 7에 예시된 실시예 중의 임의의 실시예 또는 그 변형예의 물체 검사 시스템일 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 상세한 일례의 환경을 설명한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치는 이하의 구성요소를 포함한다:
- 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광하고, 방사선 빔(B, 예컨대 EUV 방사선)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL);
- 패터닝 장치(예컨대, 마스크 또는 레티클)(MA)를 지지하도록 구성되고, 또한 패터닝 장치(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예컨대, 레지스트가 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 기판(W)을 정확히 위치시키도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 패터닝 장치(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여한 패턴을 기판(W)의 타겟 영역(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함하는) 상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS).
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위한 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전식, 다른 형태의 광학 요소, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(MT, WT)는 패터닝 장치(MA) 및 지지 구조체(WT)를 각각 포함하는 물체를 유지한다. 각각의 지지 구조체(MT, WT)는 물체(MA)의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예컨대 물체(MA, W)가 진공 분위기에 유지되는지의 여부와 같은 기타 조건들에 좌우되는 방식으로 각각 물체(MA, W)를 유지한다. 각각의 지지 구조체(MT, WT)는 물체(MA, W)패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체(MT, WT)는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블을 포함할 수도 있다. 지지 구조체(MT, WT)는 각각의 물체(MA, W)가 예컨대 투영 시스템(PS)에 대하여 요구된 위치에 있도록 할 수 있다.
제2 위치 설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(예컨대, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 또는 용량형 센서)를 이용하여, 예컨대 상이한 타겟 영역(C)을 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시키도록 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 다른 위치 센서(IF1)를 이용하여 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 것이 가능하다. 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 패터닝 장치 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다.
"패터닝 장치"라는 용어는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 생성하기 위하여 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 모든 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같은 타겟 영역 내에 생성되는 디바이스에서의 특정 기능층에 대응할 것이다.
패터닝 장치는 투과형일 수도 있고 또는 반사형일 수도 있다. 패터닝 장치의 예로는 마스크, 프로그래머블 미러 어레이, 및 프로그래머블 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상 반전형 및 감쇠 위상 반전형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입들을 포함한다. 프로그래머블 미러 어레이의 예는 소형 미러들의 매트릭스 배열을 채용하며, 그 각각의 미러들은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지는 것이 가능하다. 경사진 미러들은 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
"투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 적합하거나 또는 액침액(immersion liquid)의 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 포함할 수 있다. 다른 가스가 너무 많은 방사선 또는 전자를 흡수할 수도 있기 때문에 EUV 또는 전자 빔 방사선에 대해서는 진공을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 진공 벽 및 진공 펌프를 이용하여 전체 방사선 빔 경로에 진공 환경이 제공될 수도 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블)를 갖는 타입의 것일 수도 있다. 이러한 "복수 스테이지" 기계에서는, 추가의 테이블이 병행하여 사용될 수도 있고, 또는 하나 이상의 테이블 상에서 예비 단계를 수행하면서 다른 하나 이상의 테이블을 노광용으로 사용하는 것이 가능하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치는 반사형 타입(예컨대, 반사형 마스크를 채용함)의 것이다. 이와 달리, 리소그래피 장치는 투과형 타입(예컨대, 투과형 마스크를 채용함)의 것일 수도 있다. 투과형 타입의 리소그래피 장치는 도 9에 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예컨대, 방사선 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 구성요소일 수도 있다. 이러한 경우, 방사선 소스(SO)는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예컨대 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)을 이용하여 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사선 소스(SO)가 수은 램프인 경우에, 이 방사선 소스(SO)는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수도 있다. 방사선 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수도 있다.
조명기(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포(angular intensity distribution)를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면(pupil plane) 내의 세기 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator, IN) 및 집광기(condenser, CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 방사선 빔의 단면에서 요구된 균일성 및 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 조절하는데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 장치(MA)에 의해 패터닝된다. 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 종단한 후, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 투영 시스템(PS)은 방사선 빔을 기판(W)의 타겟 영역(C) 상에 포커싱한다. 제2 위치 설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(예컨대, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 또는 용량형 센서)를 이용하여, 예컨대 상이한 타겟 영역(C)을 방사선 빔(B)의 경로 내에 위치시키도록 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도시되어 있지 않음)를 이용하여 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 것이 가능하다. 패터닝 장치(예컨대, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다.
도 9는 또한 그 형태 및 작동이 당업자에게는 잘 알려져 있는 투과형 타입의 리소그래피 장치에 이용되는 다수의 다른 요소를 예시하고 있다.
도 8 및 도 9의 리소그래피 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서는, 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)을 기본적으로 정지 상태로 유지한 채로, 방사선 빔에 부여한 패턴 전체를 타겟 영역(C) 상에 한 번에 투영한다(즉, 단일 정지 노광). 그리고나서, 상이한 타겟 영역(C)이 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시킨다.
2. 스캔 모드에서는, 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사선 빔에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 동적 노광). 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 상 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다.
3. 또 다른 모드에서는, 프로그래머블 패터닝 장치를 유지한 채로 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT)을 기본적으로 정지 상태로 하고, 또한 기판 테이블(WT)을 이동시키거나 스캐닝하면서, 방사선 빔에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사선 소스가 채용되며, 프로그래머블 패터닝 장치는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 동안의 연속적인 방사 펄스의 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급한 바와 같은 타입의 프로그래머블 미러 어레이와 같은 프로그래머블 패터닝 장치를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.
도 10은 도 8의 리소그래피 장치를 더욱 상세하게 도시하는 것으로, 방사선 시스템(42), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)을 포함하고 있다. 방사선 시스템(42)은 방전 플라즈마에 의해 형성될 수 있는 방사선 소스(SO)를 포함한다. EUV 방사선은 EUV 대역의 전자기 스펙트럼으로 방사선을 방출하기 위해 매우 높은 온도의 플라즈마가 생성되는 예컨대 Xe 가스, Li 증기 또는 Sn 증기와 같은 가스 또는 증기에 의해 발생될 수 있다. 매우 높은 온도의 플라즈마는 예컨대 전기 방전에 의해 적어도 부분적으로 이온화된 플라즈마를 발생함으로써 생성된다. 방사선의 충분한 발생을 위해 Xe, Li, Sn 증기 또는 임의의 다른 적합한 가스 또는 증기의 부분압(partial pressure), 예컨대 10 Pa이 요구될 수 있다. 일실시예에서, Sn 소스가 EUV 소스로서 적용된다. 방사선 소스(SO)에 의해 방출된 방사선은 소스 챔버(47) 내의 개구부에 위치되거나 또는 그 개구부의 뒤에 위치되는 옵션의 가스 장벽 또는 오염물 트랩(49)(일부 경우에는 오염물 장벽 또는 포일 트랩(foil trap)으로도 지칭됨)을 통해 소스 챔버(47)로부터 콜렉터 챔버(48) 내로 통과된다. 오염물 트랩(49)은 채널 구조체를 포함할 수 있다. 오염물 트랩(49)은 또한 가스 장벽을 포함할 수도 있고, 또는 가스 장벽과 채널 구조체의 조합체를 포함할 수도 있다. 여기서 추가로 나타낸 바와 같이 오염물 트랩 또는 오염물 장벽(49)은 적어도 종래 기술에서 공지된 바와 같이 채널 구조체를 포함한다.
콜렉터 채널(48)은 그레이징 입사(grazing incidence) 콜렉터(소위 그레이징 입사 반사기를 포함함)일 수도 있는 방사선 콜렉터(50)를 포함할 수 있다. 방사선 콜렉터(50)는 상류측 방사선 콜렉터(50a) 및 하류측 방사선 콜렉터(50b)를 갖는다. 콜렉터(50)에 의해 통과된 방사선은 격자 스펙트럼 필터(51)에서 반사되어 콜렉터 챔버(48)의 애퍼처에 있는 중간 포커스 지점(52)에서 포커싱될 수 있다. 콜렉터 챔버(48)로부터 나오는 방사선의 빔은 도 10에 나타낸 바와 같이 소위 수직 입사(normal incidence) 반사기(53, 54)를 통해 조명 시스템(IL)을 횡단한다. 수직 입사 반사기는 방사선 빔(56)을 지지체(예컨대, 레티클 또는 마스크 테이블)(MT) 상에 위치된 패터닝 장치(예컨대, 레티클 또는 마스크) 상으로 지향시킨다. 패터닝된 빔(57)이 형성되며, 이 빔이 투영 시스템(PS)에 의해 반사 요소(58, 59)를 경유하여 웨이퍼 스테이지 또는 기판 테이블(WT)에 의해 운반되는 기판 상으로 이미징된다. 조명 시스템(IL) 및 투영 시스템(PS)에는 일반적으로 도시된 것보다 더 많은 요소가 제공될 수 있다. 격자 스펙트럼 필터(51)는 리소그래피 장치의 타입에 따라 필요한 경우에 제공될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 것보다 많은 미러가 제공될 수도 있으며, 예컨대 도 10에 도시된 요소(58, 59)보다 1 내지 4개 더 많은 반사 요소가 제공될 수 있다. 방사선 콜렉터(50)와 유사한 방사선 콜렉터가 종래 기술로 공지되어 있다.
여기에서 방사선 콜렉터(50)는 반사기(142, 143, 146)를 갖는 내포 콜렉터(nested collector)(50)로서 설명하였다. 내포 방사선 콜렉터(50)는 도 10에 개략적으로 도시된 바와 같이 여기에서는 그레이징 입사 콜렉터(또는 그레이징 입사 콜렉터 미러)의 예로서 이용된다. 그러나, 그레이징 입사 미러를 포함하는 방사선 콜렉터(50) 대신, 수직 입사 콜렉터를 포함하는 방사선 콜렉터가 적용될 수도 있다. 그러므로, 적용 가능한 곳에서, 그레이징 입사 콜렉터로서의 콜렉터 미러(50)는 일반적으로는 콜렉터로서 이해될 수 있고, 또한 특정의 실시예에서는 수직 입사 콜렉터로서 이해될 수 있다.
또한, 도 10에 개략적으로 도시된 바와 같은 격자(51) 대신에, 투과형 광학 필터가 적용될 수도 있다. EUV에 대해 투과성을 나타내고 UV 방사선에 대해서는 거의 투과성을 나타내지 않거나 심지어는 UV 방사선을 실질적으로 흡수하는 광학 필터가 종래 기술로 공지되어 있다. 그러므로, "격자 스펙트럼 퓨리티 필터(grating spetral purity filter)"가 여기에서는 격자 또는 투과형 필터를 포함하는 "스펙트럼 퓨리티 필터"로서 나타내진다. 도 10에 도시되어 있지는 않지만, 예컨대 콜렉터 미러(50)의 상류측에 배치된 EUV 투과성 광학 필터, 또는 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS)에서의 광학 EUV 투과성 필터와 같은 옵션의 광학 요소가 포함될 수 있다.
방사선 콜렉터(50)는 일반적으로 방사선 소스(SO) 또는 방사선 소스(SO)의 이미지에 근접하여 배치된다. 각각의 반사기(142, 143, 146)는 적어도 2개의 인접한 반사 표면을 포함할 수 있으며, 방사선 소스(SO)로부터 떨어져 있는 반사 표면은 방사선 소스(SO)에 더 인접해 있는 반사 표면보다 광학축(O)에 대하여 더 작은 각도로 배치된다. 이러한 방식으로, 그레이징 입사 콜렉터(50)는 광학축(O)을 따라 전파하는 (E)UV 방사선의 빔을 발생하도록 구성된다. 적어도 2개의 반사기가 실질적으로 동축으로 배치되고, 광학축(O)에 대하여 실질적으로 회전 대칭으로 연장할 수 있다. 방사선 콜렉터(50)는 외측 반사기(146)의 외부 표면 상의 추가의 특징부 또는 외측 반사기(146) 둘레의 추가의 특징부를 가질 수 있다. 예컨대, 추가의 특징부는 보호 홀더(protective holder) 또는 히터일 수 있다. 도면 부호 "180"은 2개의 반사기 사이, 예컨대 반사기(142, 143) 사이의 공간을 나타낸다.
사용 동안, 외측 반사기(146)와 내측 반사기(142, 143) 중의 하나 이상의 위에서 침적물이 발견될 수도 있다. 방사선 콜렉터(50)는 이러한 침적물에 의해 악화될 수도 있다(예컨대, 이온, 전자, 클러스터, 드롭플릿, 방사선 소스(SO)로부터의 전극 부식물과 같은 조각에 의한 악화). 예컨대 Sn 소스로 인한 Sn의 침적은, 여러 개의 일분자층(mono-layer) 후에, 방사선 콜렉터(50) 또는 다른 광학요소의 반사에 유해하게 되어, 이러한 광학 요소의 세정을 필요로 하게 될 수도 있다.
본 명세서에서는, 집적회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용예에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 기타 응용예들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예의 사용예에 대하여 구체적인 참조가 이루어졌지만, 본 발명은 예컨대 임프린트 리소그래피와 같은 다른 응용예에서 이용될 수도 있으며, 문맥이 허용하는 곳에서는 광학 리소그래피로 한정되지 않는다.
본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장 또는 그 부근의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대 5?20 nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
상기한 실시예에서, 조명 소스에서부터 검출기까지의 제1 광학 경로와 조명 소스에서부터 검출기까지의 제2 광학 경로 간의 광학 경로 길이 차이는 조명 소스의 가간섭성 길이 미만이어야 한다는 것을 이해할 것이다. 광학 경로(또는 광학 경로 길이)는 이하의 수식 OPL = c∫n(s)ds 에 나타낸 바와 같이 기하학적 길이(s)와 굴절률(n)의 곱이며, 여기서 적분은 광선을 따라 이루어진다. 균일한 매질을 갖는 2개의 브랜치(광원에서부터 검출기까지의)에서 일직선 광선의 경우에, 광학 경로 차이(OPD)는 (n1*s1) - (n2*s2)와 동일하게 된다.
이상에서 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명은 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 형태를 취할 수도 있다.
전술한 내용은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래의 설명의 범위를 벗어나지 않고서도 전술한 본 발명에 대한 변형예가 이루어질 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (38)

  1. 물체 검사 시스템에 있어서,
    기준 방사선 빔을 방출하도록 배치된 방사선 소스;
    검사될 물체에 입사될 조사 방사선 빔(probe radiation beam)을 방출하도록 배치된 방사선 소스;
    상기 기준 방사선 빔과 상기 조사 방사선 빔을 간섭 방식으로 조합하도록 배치된 하나 이상의 광학 요소;
    기준 물체의 컴플렉스 필드 이미지(complex field image)를 저장하도록 배치된 저장 매체; 및
    검사될 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 상기 기준 물체의 저장된 컴플렉스 필드 이미지와 비교하도록 배치된 비교기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    빔 스플리터를 더 포함하며, 하나의 방사선 소스가 방사선 빔을 방출하고, 이 방사선 빔이 상기 빔 스플리터와 상호작용하여 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔을 형성하는, 물체 검사 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광학 요소는, 상기 기준 방사선 빔을 조사 방사선 빔과의 간섭을 위한 경사진 기준 방사선 빔으로서 제공하기 위해 기준 방사선 빔을 편향시키도록 배치된 반사 요소를 포함하는, 물체 검사 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장 매체는 광학 저장 장치를 포함하는, 물체 검사 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학 저장 장치는 홀로그래픽 플레이트 또는 크리스탈을 포함하는, 물체 검사 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    기준 물체의 저장된 컴플렉스 필드 이미지를 갖는 상기 저장 매체는 검사될 물체로부터 반사된 조사 방사선 빔과 반대 위상으로 위치되어, 기준 물체의 저장된 컴플렉스 필드 이미지와의 비교 시에 검사될 물체의 컴플렉스 필드 이미지 간의 차이만이 투과되는, 물체 검사 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광학 요소는 기준 방사선 빔이 조사 방사선 빔과 조합되기 전에 기준 방사선 빔에 위상 시프트를 제공하는 위상 시프터를 포함하는, 물체 검사 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 선택 가능한 위상 시프트를 적용할 수 있는, 물체 검사 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    간섭 방식으로 조합된 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔으로부터 획득된 간섭 패턴을 검출하는 이미지 센서; 및
    검출된 간섭 패턴의 복수 개를 조합하여 검사 하의 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 획득하고, 상기 저장 매체를 포함하는 컴퓨터
    를 더 포함하는, 물체 검사 시스템.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 전기-광학 변조기를 포함하는, 물체 검사 시스템.
  11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 한 쌍의 역-전파 웨지(counter-propagating wedge)를 구비하는 페이스 스테퍼(phase stepper)를 포함하는, 물체 검사 시스템.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 소스 또는 각각의 방사선 소스는 백색광 방사선 소스를 포함하는, 물체 검사 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비교기는 분광 정보를 해석하도록 배치되는, 물체 검사 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    다크 필드 이미지(dark field image)가 획득되는, 물체 검사 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    정반사 빔을 기준 방사선 경로를 향하여 편향시키고, 0차가 아닌 차수(non-zero order)를 포함하는 반사 빔이 조사 방사선 경로를 이동할 수 있도록 하는 반사 요소를 더 포함하는, 물체 검사 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔 간의 광학 경로 길이에서의 차이를 모니터하고, 저장된 간섭 패턴과 기준 컴플렉스 필드 이미지와의 비교가 검사될 물체의 진동을 고려하도록 하기 위해 상기 차이를 상기 비교기에 보내도록 배치된 모니터 광원을 더 포함하는, 물체 검사 시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔 중의 하나 또는 양자로부터 세기 잡음 데이터를 수집하도록 배치된 방사선 센서를 더 포함하는, 물체 검사 시스템.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    검사될 물체는 레티클, EUV 레티클, 및 비주기적 패턴을 갖는 레티클로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 물체 검사 시스템.
  19. 물체 검사 방법에 있어서,
    물체의 컴플렉스 필드 이미지를 획득하기 위해 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔을 간섭 방식으로 조합하는 단계;
    물체의 컴플렉스 필드 이미지를 저장하는 단계; 및
    물체의 컴플렉스 필드 이미지를 기준 컴플렉스 필드 이미지와 비교하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 검사 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔은 하나의 방사선 소스로부터 얻어지며, 이 방사선 소스의 출력 빔이 상기 기준 방사선 빔과 상기 조사 방사선 빔으로 분할되는, 물체 검사 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    이전에 검사된 물체로부터 기준 컴플렉스 필드 이미지가 획득되는, 물체 검사 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔을 간섭 방식으로 조합하는 단계는, 간섭 패턴을 생성하기 위하여 조사 방사선 빔에 대하여 경사지는 기준 방사선 빔을 제공하는 단계를 포함하는, 물체 검사 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 저장하는 단계는, 간섭된 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔을 광학 저장 장치에 기록하는 단계를 포함하는, 물체 검사 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 광학 저장 장치는 홀로그래픽 플레이트 또는 크리스탈을 포함하는, 물체 검사 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 기준 컴플렉스 필드 이미지와 비교하는 단계는, 기준 컴플렉스 필드 이미지를 포함하는 광학 저장 장치를 검사될 물체로부터 반사된 조사 방사선 빔과 반대 위상으로 배치하여, 기준 물체의 저장된 컴플렉스 필드 이미지와의 비교 시에 검사될 물체의 컴플렉스 필드 이미지 간의 차이만이 투과되도록 하는 단계를 포함하는, 물체 검사 방법.
  26. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔을 간섭 방식으로 조합하는 단계는, 기준 방사선 빔이 조사 방사선 빔과 조합되기 전에 기준 방사선 빔에 위상 시프트를 제공하는 단계를 포함하는, 물체 검사 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    일련의 선택된 위상 시프트가 적용되며, 각각의 위상 시프트에 대하여 간섭 패턴이 저장되는, 물체 검사 방법.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 위상 시프트를 제공하는 단계는, 전기-광학 변조기를 포함하는 페이스 스테퍼를 채용하는, 물체 검사 방법.
  29. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 위상 시프트를 제공하는 단계는, 역-전파 웨지의 쌍을 포함하는 페이스 스테퍼를 채용하는, 물체 검사 방법.
  30. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 저장하는 단계는, 간섭된 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔을 솔리드 스테이트 이미지 센서로 검출하는 단계와, 이미지 데이터를 컴퓨터에 저장하는 단계를 포함하는, 물체 검사 방법.
  31. 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    다크 필드 이미지가 획득되는, 물체 검사 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    정반사 빔이 기준 방사선 경로를 향해 편향되고, 0차가 아닌 차수가 조사 방사선 경로에서 이동하도록 허용되는, 물체 검사 방법.
  33. 제19항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔 간의 광학 경로 길이의 차이를 모니터링하는 단계와, 검사될 물체의 진동을 고려하기 위해, 저장된 컴플렉스 필드 이미지와 기준 컴플렉스 필드 이미지의 상기 비교 시에 상기 차이를 이용하는 단계를 더 포함하는, 물체 검사 방법.
  34. 제26항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔은 백색광 방사선을 포함하는, 물체 검사 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 백색광 방사선은 분광 정보의 판정을 위해 이용되는, 물체 검사 방법.
  36. 제19항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 방사선 빔과 조사 방사선 빔 중의 하나 또는 양자로부터 세기 잡음 데이터를 수집하는 단계를 더 포함하는, 물체 검사 방법.
  37. 제19항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    검사될 물체는 레티클, EUV 레티클, 및 비주기적 패턴을 갖는 레티클로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 물체 검사 방법.
  38. 리소그래피 시스템에 있어서,
    물체 검사 시스템을 포함하며, 상기 물체 검사 시스템은,
    기준 방사선 빔을 방출하도록 배치된 방사선 소스;
    검사될 물체에 입사될 조사 방사선 빔(probe radiation beam)을 방출하도록 배치된 방사선 소스;
    상기 기준 방사선 빔과 상기 조사 방사선 빔을 간섭 방식으로 조합하도록 배치된 하나 이상의 광학 요소;
    기준 물체의 컴플렉스 필드 이미지(complex field image)를 저장하도록 배치된 저장 매체; 및
    검사될 물체의 컴플렉스 필드 이미지를 상기 기준 물체의 저장된 컴플렉스 필드 이미지와 비교하도록 배치된 비교기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
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