KR100930941B1 - 검사 방법 및 장치, 리소그래피 장치, 리소그래피 처리 셀및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판의 특성을 판정하기 위해 기판으로부터 회절 시에 개별적으로 편광된 네 개의 빔을 동시에 측정하는 것에 관한다. 원형 또는 타원 편광된 광원은 최대 세 개의 편광 부재를 통과한다. 이것은 광원을 0°, 45°, 90°및 135°편광시킨다. 복수의 편광 빔 스플리터는 위상 변조기의 사용을 대신하지만, 네 개의 빔 모두에 대한 강도 측정이 가능하므로, 기판의 특성을 제공하는 결합된 빔의 위상 변조 및 진폭에 대한 측정이 가능하다.

Description

검사 방법 및 장치, 리소그래피 장치, 리소그래피 처리 셀 및 디바이스 제조 방법 {INSPECTION METHOD AND APPARATUS, LITHOGRAPHIC APPARATUS, LITHOGRAPHIC PROCESSING CELL AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 예를 들면 리소그래피 기술로 디바이스를 제조할 때 사용 가능한 검사 방법 및 리소그래픽 기술을 사용한 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 일반적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들면 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 이 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 하는 패터닝 디바이스가 집적회로(IC)의 각각의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟 영역(예컨대,다이(die)의 일부, 하나 또는 수개의 다이를 포함함)에 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 일반적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 위로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 전체 패턴을 타겟 영역 상으로 한번에 노광함으로써 각각의 타겟 영역이 조사(照射) 되는 소위 스테퍼(stepper), 및 방사 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 역 평행 방향으로 기판을 동시에 스캐닝함으로써 각각의 타겟 영역이 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 공정을 모니터하기 위해, 패터닝된 기판의 파라미터들, 예를 들면 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속하는 층들 사이의 오버레이 에러(overlay error)를 측정하는 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 및 각종 특화된 도구들의 사용을 포함하는, 리소그래피 공정에서 형성된 미세 구조를 측정하기 위한 다양한 기술이 있다. 특화된 검사 도구의 한 형태는, 방사 빔을 기판 표면 상의 타겟 위로 지향하고 산란된 빔 또는 반사된 빔의 특성을 측정하는 스캐터로미터(scatterometer)이다. 기판에 의해 반사되거나 산란되기 전과 후의 빔 특성을 비교함으로써, 기판의 특성을 결정할 수 있다. 이것은, 예를 들면 반사된 빔을, 공지의 기판 특성과 연관된 공지의 측정값 라이브러리에 저장된 데이터와 비교함으로써 이루어진다. 두 가지 주요한 타입의 스캐터로미터가 공지되어 있다. 분광 스캐터로미터(spctroscopic scatterometer)는 기판 상에 광대역 방사 빔을 조사하고 특정한 좁은 각도 범위 내로 산란된 방사선의 스펙트럼(파장의 함수인 강도)을 측정한다. 각 분해형(angularly resolved) 스캐터로미터는 단색의 방사 빔을 사용하여 산란된 방사선의 강도를 각도의 함수로서 측정한다.
종래기술에서는 직교 편광빔의 일정한 파라미터가 측정 가능한 타원 편광분석계(ellipsometric system)를 설명한다. 도 4는 종래기술에 기초한 타원 편광 센서(ellipsometirc sensor)(또는 타원 편광분석기(ellipsometer)의 일례를 나타낸다. 광원(P)으로부터의 조명 방사선은 기판(W)의 타겟 영역 상 및 기판으로부터의 그 복귀 행로 상의 구조체(30)로부터 반사되고, 센서에 있는 세 개의 빔 스플리터의 두 개의 고유 편광(eigen-polarization)(도 4에 나타낸 바와 같이 x 또는 y 방향에 대한 고유 편광) 중 하나를 따라 선형 편광된다. 제1 빔 스플리터(80)는 조명광의 일부를 이미징 브랜치(imaging branch)로 전송하고; 제2 빔 스플리터(82)는 조명광의 일부를 포커스 브랜치(focus branch)로 전송하며; 제3 빔 스플리터(N-PBS)는 빔의 일부를 카메라(CCD)로 지향시키는 무편광 빔 스플리터이다. 무편광 빔 스플리터(N-PBS)를 통과하면, 편광된 빔은 정상축(ordinary axis)과 이상축(extraordinary axis)이 x 방향과 y 방향에 대해 45°로 위치되어 있는 위상 변조기(90)를 통과한다. 이어서, 이 빔은 울라스톤 프리즘(Wollaston prism)(50)을 사용하여 각각 x 및 y 편광 배향으로 나뉘어서 카메라(CDD)에 충돌한다(impinge). 편광된 빔의 상대 강도를 사용하여 빔의 상이한 부분들에 대한 상대적인 편광 배향을 판정한다. 상대적인 편광 배향들로부터, 빔에 대한 구조체(30)의 영향을 결정할 수 있다. 빔에 대한 구조체(30)의 영향으로부터, 구조체 자체의 특성을 판정할 수 있다.
참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 미국특허 제5,880,838호(출원인 Marx 등)도 또한 타원 편광 분석법(ellipsometry)을 사용하여 기판 상의 구조체를 측정 하는 것에 대해 기재하고 있으며, 여기서는 그 측정 방식을 PQM(polarization quadrature measurement)법이라고 한다. 이 특허문헌은 구조체 상에 편광된 광빔(TE 필드 및 TM 필드를 가짐)을 포커싱((focusing)하는 것에 대해 기재하고 있다. TE 필드 및 TM 필드는 구조체로부터의 회절에 대해 상이하게 영향을 받는다. TE 필드는 TM 필드 내의 위상과 진폭의 변화를 분석하기 위한 기준으로 사용될 수 있다. TE 필드와 TM 필드의 위상과 진폭 사이의 관계는 구조체의 구조 파라미터들(예컨대, 구멍의 깊이 또는 격자 바(grating bar)의 높이 또는 격자의 피치)에 종속된다. 따라서, 이 관계를 측정함으로써, 그 구조 파라미터들을 결정할 수 있다.
일반적으로, 타원 편광 분석법은 산란광의 편광 상태를 측정하는 측정법이다. 타원 편광 분석법은 두 개의 파라미터, 즉 상이하게 편광된 두 빔의 위상차(Δ) 및 두 편광빔의 진폭비(tanψ)를 측정한다. 이 두 개의 파라미터를 사용하여, 순수하게 편광된 빔의 임의의 편광 상태를 설명할 수 있다.
구체적으로, 만약 입사빔이 s 편광과 p 편광을 모두 가지면, 반사빔은 반사 계수 Rp와 Rs를 가질 것이다. 각각의 편광 방향에 대한 복소 진폭은 Ep와 Es로 나타내며, Rp·p와 Rs·s로 각각 계산된다(반사빔만이 고려되는 경우에 복소 진폭의 허수부를 무시할 수 있다)
Δ(델타)는 아래의 식(1)에 주어진 바와 같이 복소 진폭 Ep와 Es의 위상차이다.
수광된 빔의 강도는, 상대 편광의 각도를 고려하면 진폭들의 합에 비례한다. 예들 들어, Ep와 Es 편광이 모두 동일한 배향으로 정렬되면, 수광된 빔의 강도는 최대이다. 두 개의 진폭이 직교 배향이면, 서로 상쇄되어 강도는 최소이다. 두 개의 편광 방향(또는 배향) 사이의 각도는 ψ이고, ψ와 Ep와 Es 사이의 관계의 다음의 식 (2)와 같다.
Δ = arg(Ep - Es) (1)
tanψ = Ep/ Es (2)
위 식에서,
Ep = Rp.p (3)
Es = Rs.s (4)
도 5는 이 두 파라미터 사이의 관계를 나타낸다. 구체적으로, 도 5는 하나의 픽셀에서의 강도 변화를 위상 변조기에 의해 부여된 s와 p 사이의 위상차 함수로 나타낸다. I는 빔의 강도이고, P는 Ep와 Es 의 전체 편광이다. 두 개의 진폭임 동일(즉, Ep= Es이고 ψ= 45°)하다고 가정하면, 빔 전체의 강도는 편광 방향이 서로 상쇄되기 때문에 점 x에서 최소이다. 점 y에서, 강도는 최대이고, 편광 방향이 정렬되어(align) 있음을 나타낸다.
도 5에 나타낸 전체 강도는 변조되며, 그 진폭(동일한 것)은 더 크거나 더 작은 크기로 상쇄되므로, 두 빔의 상대적인 위상을 그에 따른 변화(위상 변조기에 의해 표시된 바와 같음)로서 모니터링할 수 있음을 설명한다.
위상 변조기를 포함하는 도 4에 나타낸 바와 같은 시스템이 갖는 문제점은, 위상 변조기(또는 위상 시프터)가 아래에 열거한 바와 같은 명확한 단점이 있다는 것이다.
1. 광에 부여되는 위상 시프트는, 위상 시프트의 임의의 부정확도가 Δ에 있어서도 똑같은 부정확도를 초래할 것이기 때문에, 정확히 알려져 있어야 한다. 강도와 위상의 관계는 구조를 정확하게 판정하기 위해 명확해야 한다.
2. 위상 변조기는 파장 의존성이 있으며, 이는 사용되는 각각의 파장에 대해 위상 변조기를 다시 교정하여야 한다는 것을 의미한다.
3. 위상 변조기로, 둘 이상의 위상 시프트가 특정한 파장에서 각각의 광빔에 부여된다. 상이하게 시프트된 빔들의 강도는 각각의 시프트에 대해 다시 측정되어야 하는데, 이는 상당한 시간을 요한다.
복수의 파장 범위를 가지는 공지의 위상 변조기들의 단점이 없이, 구조체로부터 회절된 빔의 위상차 및 진폭을 측정할 수 있도록 타원 편광분석 기능을 스캐터로미터에 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방사 빔(radiation beam)을 공급하도록 구성된 광원; 상기 방사 빔을 기판 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재(optical element); 상기 방사 빔의 적어도 네 부분을 네 개의 상이한 편광 배향으로 편광시키도록 구성된 편광 디바이스; 및 상기 방사 빔의 상기 네 개의 편광 배향의 각 분해 스펙트럼(angle-resolved spectrum)을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템을 포함하는, 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치, 리소그래피 장치 또는 리소그래피 셀이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치, 리소그래피 장치 또는 리소그래피 셀이 제공되며, 상기 검사 장치, 상기 리소그래피 장치 또는 상기 리소그래피 셀은, 방사 빔을 공급하도록 구성된 광원; 상기 방사 빔을 기판 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재; 상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 제1 서브빔(sub-beam)과 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터; 상기 제1 서브빔을 두 개의 직교 편광된 서브 서브빔(sub-sub-beam)으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터; 상기 제2 서브빔을 두 개의 다른 직교 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및 상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사장치, 리소그래피 장치 또는 리소그래피 셀이 제공되며, 상기 검사 장치, 상기 리소그래피 장치 또는 상기 리소그래피 셀은, 방사 빔을 공급하도록 구성된 광원; 상기 방사 빔을 기판 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재; 상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 직교 편광된 제1 서브빔 및 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터; 상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 90도의 편광을 가지는 두 개의 서브 서브빔(sub-sub-beam)으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터; 상기 제1 편광 빔 스플리터에 대해 약 45도 회전되어 있고, 상기 제2 서브빔을 각각 약 45도와 약 135도의 편광을 가지는 두 개의 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및 상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 타원 편광을 가지는 방사 빔을 제공하는 단계; 상기 방사 빔을 기판의 표면에서 반사시키는 단계; 상기 반사된 방사 빔을 직교 편광된 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분할하는 단계; 상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 90도의 편광을 가지는 제1 서브 서브빔 및 제2 서브 서브빔으로 분할하는 단계; 상기 제2 서브빔을 각각 약 45도 및 약 135도의 편광을 가지는 제3 서브 서브빔 및 제4 서브 서브빔으로 분할하는 단계; 및 상기 네 개의 서브 서브빔을 동시에 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치, 리소그래피 장치 또는 리소그래피 셀이 제공되며, 상기 검사 장치, 상기 리소그래피 장치 또는 상기 리소그래피 셀은, 방사 빔을 공급하도록 구성된 광원; 상기 방사 빔을 기판 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재; 상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 직교 편광된 제1 및 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터; 상기 제1 서브빔을, 약 0도와 약 90도의 배향을 가지는 편광자를 사용하여 약 0도와 약 180도의 위상 시프트를 가지는 두 개의 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터; 약 45도로 상기 제2 서브빔의 편광을 회전시키도록 구성된, 약 22.5도로 배향된 반파장판(half wave plate); 상기 제2 서브빔을, 각각 약 45도와 약 135도의 배향을 가지는 편광자(polarizer)를 사용하여 약 0도와 약 180도의 위상 시프트를 가지는 두 개의 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및 상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 원형 편광을 가지는 방사 빔을 제공하는 단계; 상기 방사 빔을 기판의 표면에서 반사시키는 단계; 상기 반사된 방사 빔을 직교 편광된 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분할하는 단계; 상기 제1 서브빔을, 각각 약 0도와 약 90도의 배향을 가지는 편광자를 사용하여 각각 약 0도와 약 180도의 위상 시프트를 가지는 제1 서브 서브빔 및 제2 서브 서브빔으로 분할하는 단계; 상기 제2 서브빔의 편광을 약 90도 회전시키는 단계; 상기 제2 서브빔을, 각각 약 45도와 약 135도로 배향된 편광자를 사용하여 각각 약 0도와 약 180도의 위상 시프트를 가지는 제3 서브 서브빔 및 제4 서브 서브빔으로 분할하는 단계; 및 상기 네 개의 서브 서브빔을 모두 동시에 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치, 리소그래피 장치 또는 리소그래피 셀이 제공되며, 상기 검사 장치, 상기 리소그래피 장치 또는 상기 리소그래피 셀은, 방사 빔을 공급하도록 구성된 광원; 상기 방사 빔을 기판 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재; 상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 공간적으로 분리된 제1 서브빔, 제2 서브빔, 제3 서브빔 및 제4 서브빔으로 분리하도록 구성된 광분할 부재; 각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광 배향을 가지도록, 상기 제1 서브빔, 상기 제2 서브빔, 상기 제3 서브빔 및 상기 제4 서브빔을 편광시키도록 구성된 네 개의 편광 디바이스; 및 상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 원형 편광을 가지는 방사 빔을 제공하는 단계; 상기 방사 빔을 상기 기판의 표면에서 반사시키는 단계; 상기 반사된 방사 빔을 네 개의 서브빔으로 분할하는 단계; 상기 네 개의 서브빔을 상이하게 배향된 네 개의 편광 디바이스를 통해 투과시켜 각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광 배향을 가지는 네 개 의 편광된 빔을 생성하는 단계; 및 상기 네 개의 서브빔을 모두 동시에 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치, 리소그래피 장치 또는 리소그래피 셀이 제공되며, 상기 검사 장치, 상기 리소그래피 장치 또는 상기 리소그래피 셀은, 방사 빔을 공급하도록 구성된 광원; 상기 방사 빔을 기판 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재; 상기 방사 빔을 편광된 서브빔의 매트릭스(matrix)로 편광시키도록 구성된 편광 디바이스의 매트릭스로서, 각각의 유닛이 각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광 배향을 가지는 네 개의 사분면(quadrant)을 각각 가지는 유닛들의 어레이를 포함하는, 매트릭스; 및 상기 기판의 표면으로부터 반사된 방사 빔의 모든 편광 배향에 대한 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 특성을 측정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 원형 편광을 가지는 방사 빔을 제공하는 단계; 상기 방사 빔을 상기 기판의 표면에서 반사시키는 단계; 상기 반사된 방사 빔을 편광 디바이스의 매트릭스를 통해 투과시켜 편광된 서브빔의 매트릭스를 생성하는 단계; 및 상기 서브빔의 매트릭스를 동시에 검출하는 단계를 포함하며, 상기 매트릭스는, 각각의 유닛이 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광을 각각 가지는 네 개의 사분면을 가지는 유닛들의 어레이를 포함한다.
이하에서는 대응하는 도면부호가 대응하는 부분을 나타내는 첨부 도면을 참 조하여, 단지 예시를 목적으로 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1a는 리소그래피 장치를 개략적으로 나타낸다. 이 리소그래피 장치는, 방사 빔(B)(예컨대 UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(IL)(조명기); 패터닝 디바이스(MA)(예컨대, 마스크)를 지지하도록 구성되고, 소정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(MT)(예컨대, 마스크 테이블); 기판(W)(예컨대, 레지스트가 코팅된 웨이퍼)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(WT)(예컨대 웨이퍼 테이블); 및 기판(W)의 타겟 영역(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함하는 것) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사 빔에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(PL)(예컨대 굴절 투영 렌즈 시스템)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기, 또는 다른 형태의 광학 부재들 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 형태의 광학 부재들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 지탱한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들면 패터닝 디바이스가 진공 분위기에서 유지되는지의 여부와 같은 기타 조건들에 종속되는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들면 필요에 따라 고정되거나 이동가능한 프레임(frame) 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들면 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 생성하기 위하여 방사 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 모든 디바이스를 가리키는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상 시프트 피처(phase shifting feature) 또는 이른바 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟 영역에서의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사 빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같은, 타겟 영역에 생성되는 디바이스 내의 특정 기능층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이, 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상 시프트형 및 감쇠 위상 시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예는 작은 미러들의 매트릭스 배열을 채용하며, 각각의 미러는 입사하는 방사 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 미러들은 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 액침 액체(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 반사 굴절(catadioptric), 자기, 전자기, 및 정전기 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는 "투영 시스템"이라는 좀더 일반적인 용어의 동의어로 간주할 수 있다.
본 명세서에서 설명한 바와 같이, 이 장치는 투과형(예컨대, 투과 마스크를 채용하는 것)이다. 이와 달리, 이 장치는 반사형(예컨대, 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램 가능한 미러 어레이를 채용하는 것, 또는 반사 마스크를 채용하는 것)일 수도 있다.
리소그래피 장치는 둘(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 둘 이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는, 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 하나 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 다른 하나 이상의 테이블에서는 준비 작업 단계가 수행될 수도 있다.
리소그래피 장치는 또한, 기판의 적어도 일부가 물과 같이 상대적으로 높은 굴절율을 갖는 액체에 의해 덮여져 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록 하는 형태일 수도 있다. 액침 액체는 리소그래피 장치의 다른 공간, 예를 들면 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 액침 기술 은 투영 시스템의 개구수 (numerical aperture)를 증가시키기 위한 기술 분야에서 널리 알려져 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "액침"이라는 용어는, 본 명세서에서는, 기판과 같은 구조체가 액체 내에 반드시 잠겨야 하는 것을 의미하는 것이라기보다는, 노광하는 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 존재하는 것을 의미하는 것이다.
도 1a를 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사 빔을 수광한다. 예를 들어 방사선 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 구성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사 빔은, 예를 들면 적절한 지향 미러(directing mirror) 및/또는 빔 확장기(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)를 통과한다. 다른 경우, 예를 들면 방사선 소스(SO)가 수은 램프인 경우에, 방사선 소스(SO)는 리소그래피 장치에 일체화된 부분일 수 있다. 방사선 소스(SO)와 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.
조명기(IL)는 방사 빔의 각 강도 분포(angular intensity distribution)를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기(IL)의 퓨필 평면(pupil plane) 내의 강도 분포의 적어도 외반경(outer radial) 및/또는 내반경(inner radial)의 크기(일반적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라고 함)가 조정될 수 있다. 또, 조명기(IL)는 집속기(integrator) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은, 여러 가지 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 조명기(IL)는, 방사 빔의 단면에 요구되는 균일성과 강도 분포를 가지도록 하기 위해, 방사 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
방사 빔(B)은 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크(MA)) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질러, 방사 빔(B)은 투영 시스템(PSL)을 통과하여 기판(W)의 타겟 영역(C) 상에 빔이 포커싱된다. 제2 위치 설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더, 또는 용량형 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예컨대 방사 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟 영역(C)을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1a에 명시하지 않음)는, 예컨대 마스크 라이브러리(library)로부터의 기계적 인출(mechanical retrieval) 후 또는 스캔하는 동안, 방사 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 제1 위치 설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱 스트로크 모듈(long-stroke module)(개략적 위치 설정) 및 숏 스트로크 모듈(short-stroke module)(미세 위치 설정)의 도움을 받아 실현될 수 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치 설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱 스트로크 모듈 및 숏 스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수 있다. 스테퍼의 경우(스캐너와는 달리), 마스크 테이블(MT)은 숏 스트로크 액추에이터에만 연결될 수도 있고, 그렇지 않으면 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들 이 지정된 타겟 영역을 점유하고 있지만, 이들 마크들은 타겟 영역 사이의 공간 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려져 있다). 마찬가지로, 마스크(MA) 상에 하나 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟 영역(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 이후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟 영역(C)이 노광될 수 있도록 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동된다. 스텝 모드에서, 최대 크기의 노광 필드는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟 영역(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사 빔에 부여된 패턴이 타겟 영역(C) 상에 투영되는 동안에 동시에 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PL)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 최대 크기의 노광 필드는 단일 동적 노광 시의 타겟 영역의 폭(스캐닝 되지 않는 방향에서의 폭)을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟 영역의 높이(스캐닝 방향에서의 높이)를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 유지한 채로 기본적으로 정지 상태로 유지되며, 방사 빔에 부여된 패턴이 타 겟 영역(C) 상에 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스형 방사선 소스가 채용되며, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스는, 기판 테이블(WT)이 이동할 때마다 그 이동 후에 또는 스캔하는 동안의 연속적인 방사선 펄스 사이에서, 필요에 따라 업데이트된다. 이 동작 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램 가능한 미러 어레이와 같은, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 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 1b에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는, 때로는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터(cluster)라고도 불리는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 구성하며, 또한 기판에 대해 사전 노광(pre-exposure) 및 사후 노광(post-exposure)을 수행하는 장치를 포함한다. 일반적으로, 이 장치는 레지스터층을 형성하는 스핀 코터(SC), 노광된 레지스터를 현상하는 현상기(developer, DE), 냉각판(chill plate, CH) 및 베이크 플레이트(bake plate)(BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력 포트(I/O1) 및 출력 포트(I/O2)로부터 기판을 집어서 상이한 프로세스 장치들 사이에서 이동시키고, 이어서 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay, LB)에 인도한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고 불리는 이들 디바이스는, 감독 제어 시스템(supervisory control system, SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있고, 감독 제어 시스템(SCS)은 또한 리소그 래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 따라서, 상이한 장치를 스루풋(throughtput)과 처리 효율이 최대화되도록 동작시킬 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판을 정확하고 일정하게 노출시키기 위해서는, 후속하는 층들 사이의 오버레이 에러, 선 두께, 임계 치수(critical dimension, CD) 등과 같은 특성을 측정하기 위해 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 만약 에러가 검출되면, 후속하는 기판들의 노광을 조정할 수 있으며, 특히 검사는 동일한 배치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광되고 있을 정도로 신속하게 완료될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 수율 향상을 위해 스트리핑되어 재작업되거나, 폐기되어서 결함이 있는 것으로 밝혀진 기판을 노광시키는 것을 피할 수 있다. 기판의 일부 타겟 영역만이 결함이 있는 경우, 양호한 타겟 영역들에 대해서만 추가적인 노출을 수행할 수 있다.
검사 장치는 기판의 특성을 판정하는데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성이 층들 사이에 어떻게 변화하는지를 판정하는데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 집적될 수 있거나 독립형 디바이스일 수 있다. 최고로 신속하게 측정할 수 있도록, 검사 장치는 레지스트층을 노광한 직후에 노광된 레지스트층에서의 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 콘트라스트(contrast)가 매우 낮고-방사선에 노광된 레지스트의 부분과 그렇지 않은 부분 사이의 굴절 계수에 있어 매우 작은 차가 존재할 뿐이다-, 모든 검사 장치가 잠상에 대해 유용한 측정을 할 수 있을 정도로 충분한 감도를 가지는 것은 아니다. 따라서, 관행적으로 노 광된 기판에 대해 실행되는 첫 번째 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 사이의 콘트라스트를 증대시키는 사후 노광 베이크 단계(PEB) 후에, 측정이 행해진다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 준잠상(semi-latent)라고 할 수 있다. 또한 현상된 레지스트 이미지-이때 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분은 제거되었음-의 측정이나, 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후의 측정을 행할 수 있다. 후자의 가능성은 결함있는 기판의 재작업 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 스캐터로미터를 나타낸다. 이 스캐터로미터는 기판(6) 상에 방사선을 투영하는 광대역(백색광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 반사된 방사선은, 정반사(specular)된 방사선의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서의 강도)을 측정하는 분광 검출기(spectrometer detector, 4)를 지난다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼의 근원인 구조 또는 프로파일이, 예를 들면 엄밀한 결합파 해석(Rigorous Coupled-Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 도 2의 하부에 나타낸 바와 같이 시뮬레이션한 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의해, 처리 유닛(PU)에 의해 재구성(restruction)될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위한 구조체의 전체적인 구성은 알려져 있으며, 산란측정 데이터(scatterometry data)로부터 판정되는 구조체에 대한 소수 파라미터만을 남겨두고, 구조체를 만든 프로세스에 대한 정보로부터 일부 파라미터들은 가정된다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사(normal-incidence) 스캐터로미터 또는 경사 입사(oblique-incidence) 스캐터로미터로서 구성될 수 있 다.
본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 다른 스캐터로미터는 도 3에 나타나 있다. 이 디바이스에서, 방사선 소스(2)에 의해 방사된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 사용하여 간섭 필터(13)와 편광자(17)를 통해 포커싱되고, 부분 반사면(16)(partially reflected surface)에 의해 반사되어, 높은 개구수(numerical aperture, NA), 바람직하게는 적어도 0.9, 더욱 바람직하게는 적어도 0.95의 개구수를 가지는 현미경 대물렌즈(15)를 통해 기판(W) 상에 포커싱된다. 액침 스캐터로미터(immersion scatterometer)는 1을 초과하는 개구수를 가지는 복수의 렌즈를 가질 수도 있다. 반사된 방사선은 그 후 산란 스펙트럼이 검출되도록 부분 반사면(16)을 통해 검출기(18) 내로 투과된다. 검출기(18)는 렌즈 시스템(15)의 초점 거리에 있는 후방의 돌출된(back-projected) 퓨필 평면(11) 내에 위치될 수 있지만, 퓨필 평면(11)은 그보다도 보조 광학부품(optics)(도시하지 않음)으로 검출기(18) 상에 재이미징(reimage)될 수 있다. 퓨필 평면(11)은 방사선의 반경 방향 위치가 입사각을 정하고, 각 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정하는 평면이다. 검출기(18)는 기판 타켓의 이차원 각 산란 스펙트럼을 측정할 수 있도록 이차원 검출기인 것이 바람직하다. 검출기(18)는,예를 들면 CCD 또는 CMOS 센서의 어레이일 수 있으며, 예를 들면 프레임당 40밀리초의 집적 시간(integration time)을 사용할 수 있다.
기준빔(reference beam)은 입사 방사선의 강도를 측정하기 위해 종종 사용된다. 이렇게 하기 위해, 방사 빔이 빔 스플리터(16)에 입사될 때, 그 일부는 기준 빔으로서 빔 스플리터(16)를 투과하여 기준 미러(14)로 향한다. 이 기준빔은 그 후 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상에 투영된다.
간섭 필터(13)의 세트는 405 - 790 nm 또는 200 - 300 nm와 같은 더 낮은 범위 중에서 관심 있는 파장을 선택하는데 사용 가능하다. 간섭 필터(13)는 상이한 필터의 세트를 포함하기보다는 조정 가능한 것일 수 있다.
검출기(18)는 단일 파장(single wavelength)(또는 좁은 파장 범위)에서 산란된 광의 강도, 다수의 파장에서의 개별적인 강도 또는 파장 범위에 걸쳐 적분된강도를 측정할 수 있다. 또한, 검출기(18)는 횡단 자계 편광(transverse magnetic-polarized light)과 횡단 전계 편광(transverse electric-polarized light)의 강도 및/또는 횡단 자계 편광과 횡단 전계 편광의 위상차를 개별적으로 측정할 수 있다.
큰 에텐듀(etendue)를 부여하는 광대역 광원(즉, 넓은 범위의 광 주파수 또는 파장, 이에 따라 컬러들을 가지는 것)이 사용할 수 있으면, 다수의 파장을 혼합할 수 있다. 광대역에서의 복수의 파장은 각각 δ/λ의 밴드폭과 적어도 2δ/λ(즉, 파장의 두 배)의 간격을 가지는 것이 바람직하다. 수 개의 방사선 "소스"는 광섬유 다발들을 사용하여 분리되었을 확대된(extended) 방사선 소스의 다른 부분일 수 있다. 이렇게 하여, 각 분해된 산란 스펙트럼들이 다수의 파장에서 병렬로 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장과 두 개의 상이한 각도)이 측정될 수 있다. 이것은 계측 프로세스의 강건성(metrology process robustness)을 향상시키는 더 많은 정보를 측정할 수 있도록 해준다. 이에 대한 더욱 자세한 것은 EP 1 628 164A에 기재되어 있으며, 그 내용 전부는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
기판(W) 상의 타겟은 격자일 수 있으며, 이 격자는 현상 후에, 바(bar)가 고체 레지스트 선으로 형성되도록 인쇄된다. 다르게는, 이 바를 기판 내로 에칭할 수도 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치(lithographic projection apparatus), 특히 투영 시스템(PL)의 색수차(chromatic aberration)에 민감하며, 조명의 대칭과 그러한 수차의 존재는 인쇄된 격자의 변화로 나타날 것이다. 따라서, 인쇄된 격자의 산란측정 데이터는 격자를 재구성하는데 사용된다. 선폭 및 형상과 같은 격자의 파라미터들은, 인쇄 단계 및/또는 다른 스캐터로미터 프로세스들에 대한 정보로부터, 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.
전술한 바와 같이, 타원 편광분석기는 기판 상의 구조체의 형상 및 다른 특성들을 판정하기 위해 사용될 수 있다. 이것이 수행되는 방식은, 도 4에 나타낸 바와 같이 입사빔이 기판(W)으로부터 반사되고, 이 입사빔이 구조체(30)에서 반사되는 것이다. 반사된 빔은 현미경 대물렌즈(24), 무편광 빔 스플리터(N-PBS), 그리고 카메라(CCD) 상의 포커싱 렌즈들(또는 다른 광학 부재들)을 통과한다.
배경기술에서 설명한 바와 같이, 이 빔은 다른 빔 스플리터(50)에 의해 분할되어, 카메라(CCD) 위로 향한다. 이때, 이 빔은 TM(transverse magnetic) 편광빔 또는 TE(transverse electric) 편광빔이다. TM(또는 p) 방향으로의 편광은 빔의 입사면과 평행하고, 자계(M)는 입사면에 수직이다. TE(또는 s) 빔은 입사면에 수 직이고, 전계(E)는 빔의 입사면에 평행하다. 퓨필 평면(PP)에서의 편광 방향은 도 4에 나타나 있다.
도 4는 또한 무편광 빔 스플리터(N-PBS)와 빔 스플리터(50) 사이에 위치되어 편광된 빔이 카메라(CCD)로 전달되기 이전에 편광된 빔을 분리하는 위상 변조기(90)를 나타낸다. 또한 위상 변조기(90)의 이상축 및 정상축을 따라 배향되는 eo-좌표계가 도 4에 원으로 나타나 있으며, 이 시스템의 y축 및 x축과 비교한 이상축 및 정상축의 상대적 위치를 나타낸다. Eo 및 Ee는 각각 e 및 o 방향을 따라 산란된 필드의 알려지지 않은 복소 진폭이다. 이 종래의 시스템에서, 시스템에게 구조체(30)의 파라미터들을 판정하도록 하는 위상 변조기에 의해 미리 정해진 것과 같은 변화된 위상과 비교되는 것이 이들 진폭이다.
위상 변조기를 없애기 위해, 몇 가지 실시예가 구상되었다. 본 실시예들이 공통으로 가지는 특징은, 각각의 서브빔의 측정된 강도로부터 네 개의 알려진 편광에 대한 진폭 및 위상에서의 차를 측정을 위해, 단일 입사빔으로부터 네 개의 상이하게 편광된 반사 서브빔을 취득한다는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 타원 편광분석기를 나타낸다. 도 2 또는 도 3에 나타낸 바와 같은 스캐터로미터의 기본적인 설정이 사용된다. 현미경 대물렌즈(24)는 기판(W) 상에 있는 구조체(30)에서 반사된 빔을 수광한다. 입사빔은 구조체(30)에서 반사되기 전에 현미경 대물렌즈(24)를 통과하였을 수 있으며, 또는 다른 수단을 사용하여 포커싱되었을 수 있다.
반사된 빔은 입사각(일반적으로 0° 내지 80°이지만, 물론 임의의 가능한 각도를 상정할 수도 있다)의 범위를 넘는 구조체(30)에서의 반사에 대해 측정될 것이다. 입사빔은 또한 모든 방위각(0°내지 360°)에 대해 반사되고 측정될 것이다. 입사각은 물론 모든 방위각에 대해 반사된 빔을 측정할 수 있도록 하기 위해, 입사빔은 선형이기보다는 원형이어서, 모든 방향의 편광을 가능하게 하고 반사하는 동안에 빔 일부가 소실될 위험을 감소시킬 수 있다.
각각의 측정에 대해 입사광은 고정된 파장을 가지는 것이고 알려진 편광 상태를 가진다. 동일 파장 및 편광 상태는 다수의 입사각(전술한 바와 같이 약 0°-80°) 및 모든 방위각(0°-360°)에서 조사될 것이다. 귀환 또는 반사된 광빔은 상이한 편광 상태를 가지는 무수한 광선으로 구성된다.
타원 편광 분석법은 p-편광된 성분의 반사율을 s-편광된 성분의 반사율과 비교한다. 선형으로 편광된 광을 사용할 때, 방위각 0°및 90°에서 하나의 편광 상태로부터의 정보는 측정 가능하게 되겠지만, 다른 편광 상태로부터의 정보는 잃어버릴 것이다. 따라서 선형으로 편광된 광에 대한 타원 편광분석은 방위각 45°와 135°근처에서 가장 잘 작용한다. 전술한 바와 같이, 이러한 이상(abnormality)을 없애는 한 가지 방법은 원형 또는 타원형 광을 사용하는 것이다.
도 7은 타원 편광되어, (빔 스플리터들은 입사 방사선에 대해 다양한 비율로 투과 및 편향되도록 제조될 수 있지만) 약 50%의 광은 투과될 것이고 50%는 편향될 것인 무편광 빔 스플리터(N-PBS)에 입사하는 결합된 광빔을 나타낸다. 투과된 빔의 타원 편광분석 데이터는, 편광 빔 스플리터(32)(예를 들면 울라스톤 프리즘) 과 프리즘(36)의 도움으로 x 편광 성분 I1과 y 편광 성분 I2의 에너지를 분리함으로써 측정될 수 있다. 이것은 종래기술의 직교 편광된 서브빔을 발생시킨다. 하지만, 편광의 위상은 구조체로부터 반사된 빔의 상태에 대한 완전한 영상을 제공하기 위해 비교되도록 변화되어야 한다. 위상 변조기의 사용을 피하기 위해, 무편광 빔 스플리터(N-PBS)에 의해 분할되었던 빔 중 다른 절반은 다른 빔 스플리터(34)에서 서브 서브빔(I3 및 I4)으로 분할됨으로써 유사한 방식으로 분석된다. I1 및 I2과는 상이한 편광을 가져야 하는 이들 추가적인 서브 서브빔을 얻기 위해, 제2 빔 스플리터(34)는 제1 빔 스플리터(32)의 각각의 길이방향 축을 따라 제1 빔 스플리터(32)에 대해 45°회전되어 있다. 이후 빔 I1, I2, I3 및 I4는 CCD 카메라 상에 포커싱된다. 타원 편광분석 데이터, Δ와 tanψ는, 초기 입사빔의 편광 상태에 종속하는 간편한 각도 측정에 의해 취득될 수 있다.
타원 편광된 빔은, 도 6에 나타낸 바와 같이 네 개의 측정된 강도의 세트에 의해 재구성될 수 있다. 전체 강도, I가 다음의 식:
Figure 112008012960864-pat00001
으로 주어지고, 이 식에서 푸리에 계수:
Figure 112008012960864-pat00002
그리고
Figure 112008012960864-pat00003
이면,
타원 편광된 빔은 알려진 값 I1, I2, I3 및 I4에 대해 재구성된다. 개개의 성분(도 5에 나타낸 바와 같은)의 진폭을 가지는 타원 편광된 빔의 강도 관계를 적용함으로써 위의 식 (1) 및 식 (2)에 대입할 수 있는 진폭을 제공한다. 이렇게 재구성된 빔은 위상차(Δ)와 상대적인 진폭 정렬(tanψ)을 제공하고, 이에 따라 구조체(30)의 파라미터들이 생성된다.
네 개의 퓨필은 전용 CCD 카메라에서 측정된다. 이들의 강도는, 측정 시간이 놓치지 않도록 동시에 측정된다. 이것은 레이저와 같은 펄스형 광원의 사용에 대한 가능성에 눈뜨게 한다. 위상 변조기가 없기 때문에, 도 7의 스캐터로미터는 기본적으로 사용된 파장에 독립적이다. 편광 빔 스플리터에 의해 유발된 임의의 오차는, 입사각 및 방위각에 독립적이기 때문에, 쉽게 교정된다. 울라스톤 프리즘(또는 글랜-톰슨 프리즘 (Glan-Thompson prism)과 같은 다른 방해석 프리즘)의 사용 이점은, 넓은 파장 대역에 걸쳐 높은 편광 소광비(polarization extinction ratio)를 이용할 수 있다는 것이다.
도 8 내지 도 10의 장치는, 주축이 45도로 배향된 조명빔의 경로에 1/4 파장판(quater wave plate)을 제공할 수 있다. 그 결과 조명빔의 원형(타원) 편광을 얻는다. 다르게는, 이 1/4 파장판을 없앨 수 있다. 그 결과 선형 편광된 조명을 얻으며, 이것은 또한 상이한 배향들을 가질 수 있지만, 배향들을 빠뜨리지 않도록 몇번의 측정을 필요로 하게 된다.
도 8 내지 도 10의 장치는, 상기한 도 7의 장치와 같이 어떤 네 개의 이미지를 생성하고, 그래서 강도 I1, I2, I3 및 I4는 도 7의 장치에서와 동일한 방식으로 원래의 빔의 진폭 및 위상을 재구성하는데 사용된다. 이후 이 값들은 타원 편광분석 파라미터, ψ및 Δ를 결정하기 위해 동일한 방식으로 사용된다. 이 모든 실시예에서, 방사선의 이미징은 퓨필 평면 내에 이루어진다: CCD 또는 카메라 평면은 현미경 대물렌즈의 퓨필 평면의 켤레 평면(conjugate plane)이다. 그러므로 카메라는 대물렌즈의 퓨필 평면을 이미징하고 있다. 모든 실시예에서, 모든 편광자는 선형 편광자인 것이 바람직하다.
도 8은 소스(P)에서 시작하는 조명 브랜치(illumination branch)가 선형 편광자(40)와 1/4 파장판(42)(즉, 선형 편광자(40)에 대해 약 45°회전되어 있는 것)을 통해 방사 빔을 투과시켜서, 원형 편광된 광을 생성하는 다른 실시예를 나타낸다. 이후 광은 기판(W) 상의 검사되는 구조체(30) 상에 입사한 다음 검출 브랜치(detection branch)(도 8에서 조명 브랜치와 함께 선으로 표시됨)로 반사된다.
검출 브랜치는 광을 빔 스플리터(BS)로 전파시키고, 빔 스플리터(BS)는 빔의 (대략) 절반은 서브빔으로서 투과하고 빔의 나머지 절반은 제2 서브빔으로서 반사한다. 빔 스플리터(BS)로부터 투과된 광은 반파장판(49)(선형 편광자에 대해 약 22.5°회전되어 있어, 입사한 편광을 약 45도 회전시킴) 및 편광 빔 스플리 터(PBS2)를 지난다. 다르게는, 반파장판을 생략할 수 있으며, 편광 빔 스플리터는 축에 대해 약 45도 회전될 수 있다. 상이한 파장들을 사용하는 경우, 파장판은 대개 일정한 파장 대역에 최적화되어 있기 때문에, 이것은 이점을 가질 수 있다.
편광 빔 스플리터(PBS2)에서, 서브빔은 각각 약 90°와 270°에서 편광을 가지는, 광학적으로 동일하지만 별개인 두 개의 서브 서브빔으로 분할된다. 이 편광자들은, 편광자들이 편광 각도의 두 배의 위상 시프트를 발생시킬 때, 상기한 서브 서브빔들의 위상 시프트를 발생시키는 각각 약 45°와 135°의 물리적 배향을 가진다. 다시 말해, 하나의 서브빔을 회전시키는 이 방법은 실시예에서처럼 빔 스플리터를 회전시키는 것이 아니라, 반파장판을 사용함으로써 이루어지는 것이다.
빔 스플리터(BS)에서 반사되는 빔의 나머지 절반은 반파장판을 지나지 않지만 즉시 다른 편광 빔 스플리터(PBS1)를 지나며, 도 8에 나타낸 바와 같이, 이 빔의 절반은 편광 빔 스플리터(PBS1)를 통해 투과되어 약 0°로 편광되고, 나머지 절반은 편광 빔 스플리터(PBS1)에서 반사되므로 약 90°로 편광된다(편광자의 직교 배향에 기인함).
상이한 위상 시프트를 가지는 서브 서브빔들은 네 개의 별개의 카메라 면에 투영된다. 따라서, 각각의 빔의 강도는 편광 및 입사각에 대해 측정되며, 여러 서브 서브빔들 사이의 위상차를 판정하는데 사용될 수 있다. 각각의 개별 강도와 비교되는 전체 강도는, 실시예에서 설명한 바와 같이 진폭 및 위상 변화를 일으킨다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 타원 편광분석기를 나타낸다. 스캐터로미터의 조명 브랜치에서, 도 8에서와 동일한 방식으로 약 45°로 위치된 선형 편광 자(40)와 1/4 파장판(42)을 사용하여, 원형 편광된 광이 생성된다. 소스(P)로부터 이렇게 편광된 광은 미러들, 렌즈들, 및 현미경 대물렌즈(도 9의 도면부호 24)를 통해 기판(W) 상의 구조체(30)를 항해 전파된다. 기판(W)으로부터 오는 반사된 광은 다시 현미경 대물렌즈(42)를 지나 전술한 바와 같이 스캐터로미터의 검출 브랜치를 향해 전파된다. 이 빔은 이후 광 분할 부재(32)를 사용하여 네 개의 별개이지만 광학적으로 동일한 서브빔(B)으로 물리적으로 분할된다. 이 빔들은 각각 상이하게 배향된 편광자를 지나 최종적으로 카메라 표면(CD)에 투영된다. 위상 사분면 측정 기술에서와 같이 네 개의 편광자를 사용한다. 다시 말해, 사분면(44)은 약 0°인 사분면(45)에 대해 약 135° 회전되어 있다. 사분면(46)은 사분면(45)에 대해 약 45°회전되어 있고, 사분면(47)은 사분면(45)에 대해 약 90°회전되어 있다. 각 사분면의 강도는 독립적으로 측정되어 전술한 실시예서 설명한 바와 같이 결합된다.
이 실시예의 이점은, 단 하나의 카메라(CCD)만을 사용하여 하드웨어를 줄여서 잠재적으로 비용 및 유지보수/교정의 필요성을 감소시킨다는 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 타원 편광분석기를 나타낸다. 도 10의 실시예는, 빔이 분할되지 않아 카메라(CCD)에 대한 필드당 광 파워가 감소하지 않는 것을 제외하고는 도 9의 실시예와 동일하다. 따라서, 스루풋(또는 카메라 집적 시간)에 부정적인 영향은 없다.
이를 수행하는 방법은, 편광자(48)의 매트릭스가, 각각이 네 개의 사분면을 가지고 각각의 사분면이 도 9의 실시예에서 설명한 바와 같은 상이한 편광자 배향 을 가지는 유닛의 어레이를 생성하는 것이다. 다시 말해, 매트릭스 내의 각각의 유닛은, 제1 사분면(45)에 대해 약 0°편광을 가지는 제1 사분면(45), 약 45°편광을 가지는 제2 사분면(46), 약 90°편광을 가지는 제3 사분면(47), 및 약 135°편광을 가지는 제4 사분면(44)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 편광자들의 편광 배향은 배향 각도의 두 배의 방사 빔의 위상 시프트를 일으킨다.
매트릭스 내의 각각의 유닛은 카메라에 의해 검출되고(검출 후 상이한 유닛들을 분리하기 위해 소프트웨어가 사용됨), 상이한 사분면들의 상대적인 강도는 앞서 설명한 바와 같이 상대적인 진폭 및 위상차에 대한 표시(indication)를 제공한다. 따라서 반사된 빔의 편광 상태가 결정되고, 빔에 대한 구조체의 영향이 리버스 엔지니어링을 통해 구조물을 특성을 생성해낸다.
본 명세서에서는, 집적회로(IC) 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대해 언급하였지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이, 박막 자기 헤드의 제조 등과 같은 기타 응용예를 가질 수 있음은 물론이다. 당업자라면, 이러한 다른 응용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟 영역"과 같은 좀더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 알 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전 또는 노광 후에, 예컨대 트랙(일반적으로 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 장치), 또는 계측 장비, 또는 검사 장치에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 범위 내에서, 상기한 기판 처리 장치와 여타 기판 처리 장치에 본 명세서의 개시 내용을 적용할 수 있다. 또한, 예를 들면 다층 집적회로(IC)를 생성하기 위하여 기판이 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서는, 광학 리소그래피에 대하여 특정 실시예에 대해 언급하였지만, 본 발명은 예를 들면 임프린트(imprint) 리소그래피와 같은 다른 용용예와 본 명세서의 문맥이 허용하는 곳에서도 사용될 수 있으며, 광학 리소그래피에 한정되는 것은 아니다. 임프린트 리소그래피에서는, 패터닝 디바이스의 표면 형상(topography)이 기판 상에 형성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 표면 형상은 기판에 도포된 레지스트층으로 프레스될 수 있으며, 기판 상에서 레지스트는 전자기 방사, 열, 압력, 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화(cure)된다. 레지스트가 경화된 후에, 패터닝 디바이스는 레지스트 내에 패턴을 남기고 이로부터 분리된다.
본 명세서에 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외선(UV) 방사선(예컨대, 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐), 및 극자외선(EUV) 방사선(예컨대, 5∼20 nm 범위 내의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선 외에도 이온 빔이나 전자 빔과 같은 입자 빔을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 전자기적 및 정전기적 광학 부재를 포함하여, 각종 타입의 광학 부재들 중 어느 하나 또는 그 조합을 나타낼 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 설명한 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명은 앞서 개시한 바와 같은 방법을 설명하는 기계로 판독 가능한 명령어의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수도 있다.
전술한 내용은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 하기 청구항들의 범위를 벗어나지 않고서도 전술한 본 발명에 대한 변형예가 이루어질 수도 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 1b는 본 발명에 따른 리소그래피 셀 또는 클러스터를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스캐터로미터를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스캐터로미터를 나타낸다.
도 4는 종래의 검사 장치를 나타낸다.
도 5는 구조체로부터 반사된 빔의 강도와 편광의 관계를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 복수의 편광된 빔의 강도와 편광 사이의 관계를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 타원 편광분석기를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 타원 편광분석기를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 타원 편광분석기를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 타원 편광분석기를 나타낸다.

Claims (33)

  1. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,
    방사 빔(radiation beam)을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재(optical element);
    상기 방사 빔의 적어도 네 부분을 네 개의 상이한 편광 배향으로 편광시키도록 구성된 편광 디바이스; 및
    상기 방사 빔의 상기 네 개의 편광 배향의 각 분해 스펙트럼(angle-resolved spectrum)을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 검사 장치.
  2. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 제1 서브빔(sub-beam)과 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 두 개의 직교 편광된 서브 서브빔(sub-sub-beam)으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터;
    상기 제2 서브빔을 다른 두 개의 직교 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 검사 장치.
  3. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 90도의 편광을 가지는 두 개의 편광된 서브 서브빔(sub-sub-beam)으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터;
    상기 제1 편광 빔 스플리터에 대해 약 45도 회전되어 있고, 상기 제2 서브빔을 각각 약 45도와 약 135도의 편광을 가지는 두 개의 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 검사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판으로부터 반사된 상기 방사 빔은 타원 편광되는, 검사 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 서브 서브빔을 상기 검출기 시스템 상에 편향시키도록 구성된 광학 웨지(optical wedge)를 더 포함하는 검사 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 서브 서브빔을 상기 검출기 시스템 상에 편향시키도록 구성된 편향기(deflector)를 더 포함하는 검사 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 빔 스플리터, 상기 제1 편광 빔 스플리터, 및 상기 제2 편광 빔 스플리터는 편광 프리즘(polarizing prim)을 포함하는, 검사 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 빔 스플리터, 상기 제1 편광 빔 스플리터, 및 상기 제2 편광 빔 스플리터는 울라스톤 프리즘(Wollastom prism)을 포함하는, 검사 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 서브빔 및 제2 서브빔은 TE 빔과 TM 빔을 포함하는, 검사 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    포커싱 시스템; 및
    상기 편광된 서브 서브빔을 상이한 방향으로 재지향(redirect)하여 상기 서브 서브빔이 상기 검출기 시스템 상의 상이한 위치에서 수광되도록, 상기 포커싱 시스템의 이미지 평면 내에 배치된 광학 웨지
    를 더 포함하는 검사 장치.
  11. 기판의 특성을 측정하는 측정 방법으로서,
    타원 편광을 가지는 방사 빔을 제공하는 단계;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면에서 반사시키는 단계;
    상기 반사된 방사 빔을 직교 편광된 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분할하는 단계;
    상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 90도의 편광 배향을 가지는 제1 서브 서브빔 및 제2 서브 서브빔으로 분할하는 단계;
    상기 제2 서브빔을 각각 약 45도와 약 135도의 편광 배향을 가지는 제3 서브 서브빔 및 제4 서브 서브빔으로 분할하는 단계; 및
    상기 네 개의 서브 서브빔을 모두 동시에 검출하는 단계
    를 포함하는 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 서브빔을 분할하는 단계는, 상기 제1 서브빔을 분할하도록 구성된 빔 스플리터에 대해 약 45도 회전되어 있는 빔 스플리터를 사용하는 수행되는, 측정 방법.
  13. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을, 직교 편광된 제1 서브빔 및 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 180도의 편광을 가지는 두 개의 서브 서브빔으로 분할하는 제1 편광 빔 스플리터;
    상기 제2 서브빔의 편광을 약 90도 회전시키도록 구성된 반 파장판(half wave plate);
    상기 제2 서브빔을 각각 약 45도와 약 135도의 편광 배향을 가지는 두 개의 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 검사 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판으로부터 반사된 방사 빔은 원형 편광되는, 검사 장치.
  15. 기판의 특성을 측정하는 측정 방법으로서,
    원형 편광을 가지는 방사 빔을 제공하는 단계;
    상기 방사 빔을 기판의 표면에서 반사시키는 단계;
    상기 반사된 방사 빔을 직교 편광된 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분할하는 단계;
    상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 90도의 편광을 가지는 제1 서브 서브빔 및 제2 서브 서브빔으로 분할하는 단계;
    상기 제2 서브빔의 편광을 약 90도 회전시키는 단계;
    상기 제2 서브빔을, 각각 약 45도와 약 135도의 편광 배향을 가지는 제3 서브 서브빔과 제4 서브 서브빔으로 분할하는 단계; 및
    상기 네 개의 서브 서브빔을 모두 동시에 검출하는 단계
    를 포함하는 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 서브빔을 회전시키는 단계는 반파장판을 사용하여 수행되는, 측정 방법.
  17. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 공간적으로 분리된 제1 서브빔, 제2 서브빔, 제3 서브빔 및 제4 서브빔으로 분리하도록 구성된 광분할 부재;
    각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광자 배향을 가지도록, 상기 제1 서브빔, 상기 제2 서브빔, 상기 제3 서브빔 및 상기 제4 서브빔을 편광시키도록 구성된 네 개의 편광 디바이스; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 검사 장치.
  18. 기판의 특성을 측정하는 측정 방법으로서,
    원형 편광을 가지는 방사 빔을 제공하는 단계;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면에서 반사시키는 단계;
    상기 반사된 방사 빔을 네 개의 서브빔으로 분할하는 단계;
    상기 네 개의 서브빔을 상이하게 배향된 네 개의 편광 디바이스를 통해 투과시켜, 각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광 배향을 가지는 네 개의 편광된 빔을 생성하는 단계; 및
    상기 네 개의 서브빔을 모두 동시에 검출하는 단계
    를 포함하는 측정 방법.
  19. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 검사 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 방사 빔을 편광된 서브빔의 매트릭스(matrix)로 편광시키도록 구성된 편광 디바이스의 매트릭스로서, 각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광 배향을 가지는 네 개의 사분면(quadrant)을 각각 가지는 유닛들의 어레이를 포함하는, 매트릭스; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 방사 빔의 모든 편광 배향에 대한 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 검사 장치.
  20. 기판의 특성을 측정하는 측정 방법으로서,
    원형 편광을 가지는 방사 빔을 제공하는 단계;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면에서 반사시키는 단계;
    상기 반사된 방사 빔을 편광 디바이스의 매트릭스를 통해 투과시켜 편광된 서브빔의 매트릭스를 생성하는 단계; 및
    상기 서브빔의 매트릭스를 동시에 검출하는 단계
    를 포함하며,
    상기 매트릭스는, 각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광을 각각 가지는 네 개의 사분면을 가지는 유닛들의 어레이를 포함하는,
    측정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    소프트웨어를 사용하여 각각의 편광 배향을 가지는 방사선의 강도를 분리하는 단계를 더 포함하는, 측정 방법.
  22. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 방사 빔의 적어도 네 부분을 네 개의 상이한 편광 배향으로 편광시키도록 구성된 편광 디바이스; 및
    상기 방사 빔의 상기 네 개의 편광 배향의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 장치.
  23. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 두 개의 직교 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터;
    상기 제2 서브빔을 다른 두 개의 직교 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 장치.
  24. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 90도의 편광 배향을 가지는 두 개의 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터;
    상기 제1 편광 빔 스플리터에 대해 약 45도 회전되어 있고, 상기 제2 서브빔을 각각 약 45도와 약 135도의 편광 배향을 가지는 두 개의 편광된 서브 서브빔으 로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 장치.
  25. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을, 직교 편광된 제1 및 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 90도 편광의 편광자 배향을 사용하여 두 개의 서브 서브빔으로 분할하는 제1 편광 빔 스플리터
    상기 제2 서브빔의 편광을 약 90도 회전시키도록 구성된 반 파장판(half wave plate);
    상기 제2 서브빔을 각각 약 45도와 약 135도 편광의 편광자 배향을 사용하여 두 개의 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 장치.
  26. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 공간적으로 분리된 제1 서브빔, 제2 서브빔, 제3 서브빔 및 제4 서브빔으로 분리하도록 구성된 광분할 부재;
    각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광자 배향을 가지도록, 상기 제1 서브빔, 상기 제2 서브빔, 상기 제3 서브빔 및 상기 제4 서브빔을 편광시키도록 구성된 네 개의 편광 디바이스; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 장치.
  27. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 장치로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 방사 빔을 편광된 서브빔의 매트릭스로 편광시키도록 구성된 편광 디바이스의 반복성의 매트릭스로서, 각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광자 배향을 가지는 네 개의 사분면을 각각 가지는 유닛들의 어레이를 포함하는, 매트릭스; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 방사 빔의 편광 배향에 대한 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 장치.
  28. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 셀로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 방사 빔의 적어도 네 부분을 네 개의 상이한 편광 배향으로 편광시키도록 구성된 편광 디바이스; 및
    상기 방사 빔의 상기 네 개의 편광 배향의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 셀치.
  29. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 셀로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 두 개의 직교 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터;
    상기 제2 서브빔을 다른 두 개의 직교 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 셀.
  30. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 셀로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 제1 서브빔과 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 90도의 편광을 가지는 두 개의 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제1 편광 빔 스플리터;
    상기 제1 편광 빔 스플리터에 대해 약 45도 회전되어 있고, 상기 제2 서브빔을 각각 약 45도와 약 135도의 편광을 가지는 두 개의 편광된 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 셀.
  31. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 셀로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을, 직교 편광된 제1 및 제2 서브빔으로 분리하도록 구성된 빔 스플리터;
    상기 제1 서브빔을 각각 약 0도와 약 180도의 편광을 가지는 두 개의 서브 서브빔으로 분할하는 제1 편광 빔 스플리터
    상기 제2 서브빔의 편광을 약 90도 회전시키도록 구성된 반 파장판;
    상기 제2 서브빔을 각각 약 45도와 약 135도 편광의 편광 배향을 사용하여 두 개의 서브 서브빔으로 분할하도록 구성된 제2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 셀.
  32. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 셀로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 기판의 표면으로부터 한번 반사된 상기 방사 빔을 공간적으로 분리된 제1 서브빔, 제2 서브빔, 제3 서브빔 및 제4 서브빔으로 분리하도록 구성된 광분할 부재;
    각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광자 배향을 가지도록, 상기 제1 서브빔, 상기 제2 서브빔, 상기 제3 서브빔 및 상기 제4 서브빔을 편광시키도록 구성된 네 개의 편광 디바이스; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 네 개의 서브 서브빔 모두의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 셀.
  33. 기판의 특성을 측정하도록 구성된 리소그래피 셀로서,
    방사 빔을 공급하도록 구성된 광원;
    상기 방사 빔을 상기 기판의 표면 상에 포커싱하도록 구성된 광학 부재;
    상기 방사 빔을 편광된 서브빔의 매트릭스로 편광시키도록 구성된 편광 디바이스의 반복성의 매트릭스로서, 각각 약 0도, 약 45도, 약 90도 및 약 135도의 편광자 배향을 가지는 네 개의 사분면을 각각 가지는 유닛들의 어레이를 포함하는, 매트릭스; 및
    상기 기판의 표면으로부터 반사된 편광된 방사 빔의 각 분해 스펙트럼을 동시에 검출하도록 구성된 검출기 시스템
    을 포함하는 리소그래피 셀.
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