KR101827888B1 - 메트롤로지를 위한 카타디옵트릭 조명 시스템 - Google Patents

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스타니슬라브 와이. 스미르노프
예프게니 콘스탄티노비치 슈마레프
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에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
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Abstract

카타디옵트릭 광학 시스템은 폭넓은 스펙트럼 범위에서 작동한다. 일 실시예에서, 카타디옵트릭 광학 시스템은 방사선을 반사시키도록 위치되고 구성된 제 1 반사 표면; 제 1 반사 표면으로부터 반사된 방사선을 시준된 빔으로서 반사시키도록 위치되고 구성된 제 2 반사 표면- 상기 제 2 반사 표면은 제 2 반사 표면을 통해 방사선의 투과를 허용하는 어퍼처를 가짐 -; 및 제 1 반사 표면에 방사선을 공급하기 위해 제 1 반사 표면과 제 2 반사 표면 사이에, 제 1 반사 표면을 향해 어퍼처로부터 연장되고 출구를 갖는 채널 구조체를 포함한다.

Description

메트롤로지를 위한 카타디옵트릭 조명 시스템{CATADIOPTRIC ILLUMINATION SYSTEM FOR METROLOGY}
본 발명은 일반적으로 광학 시스템들, 특히 카타디옵트릭(catadioptric) 광학 시스템들로 지향된다.
리소그래피 장치는 기판 또는 기판의 일부분 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 평판 디스플레이(flat panel display), 집적 회로(IC), 및 미세 구조체를 수반하는 다른 디바이스들의 제조 시에 사용될 수 있다. 종래의 장치에서, 마스크 또는 레티클이라 칭할 수 있는 패터닝 디바이스는 IC, 평판 디스플레이 또는 다른 디바이스의 개별 층에 대응하는 회로 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판 상에 제공된 방사선-감응재(예컨대, 레지스트) 층 상에 이미징(imaging)함으로써, 기판(예컨대, 유리판, 웨이퍼 등)의 전체 또는 일부분 상으로 전사(transfer)될 수 있다.
패터닝 디바이스는, 예를 들어 IC 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스는, 추가적으로 또는 대안적으로 다른 패턴들, 예를 들어 컬러 필터 패턴(color filter pattern) 또는 도트(dot)들의 매트릭스를 생성하는데 사용될 수 있다. 마스크 대신에, 패터닝 디바이스는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함하는 패터닝 어레이일 수 있다. 이러한 시스템에서 상기 패턴은, 마스크-기반 시스템에 비해 더 빠르고 더 적은 비용으로 변화될 수 있다.
기판을 패터닝한 이후, 전형적으로 측정들 및 검사가 수행된다. 측정 및 검사 단계는, 전형적으로 2 가지 목적에 도움이 된다. 첫째로, 현상된 레지스트의 패턴에 결점이 있는 여하한의 타겟 영역들을 검출하는데 바람직하다. 충분한 수의 타겟 영역들에 결점이 있는 경우, 결점이 있는 패턴을 이용하여 공정 단계 예를 들어 에칭을 수행함으로써 결점이 영구적이게 하기보다는, 패터닝된 레지스트를 벗겨내고 바라건대 올바르게 기판이 재-노광될 수 있다. 둘째로, 측정들은 리소그래피 장치 내의 오차들, 예를 들어 조명 세팅들 또는 노광 도즈의 오차들로 하여금 검출되어 후속 노광들에서 보정되게 할 수 있다.
하지만, 리소그래피 장치 내의 많은 오차들은 레지스트에 프린트된 패턴들로부터 쉽게 검출되거나 정량화(quantify)될 수 없다. 결점의 검출이 항상 그 원인에 직접 도달하는 것은 아니다. 따라서, 리소그래피 장치 내의 오차들을 검출하고 측정하는 다양한 오프-라인 절차들(즉, 기판의 통상적인 처리에 추가로 수행되는 절차들)이 알려져 있다. 이것들은 기판을 측정 디바이스와 교체하는 단계, 또는 예를 들어 여러 가지 상이한 기계 세팅들로 특수한 테스트 패턴들의 노광들을 수행하는 단계를 수반할 수 있다. 이러한 오프-라인 기술들은 시간이 걸리는데, 흔히 상당한 시간이 걸리고, 생산 시간을 감소시키며, 그 시간 동안 상기 장치의 최종 생산물은 측정 결과들이 이용가능하게 될 때까지 품질이 알려지지 않는 상태일 것이다. 인-라인 측정 및 검사 절차들(즉, 기판의 통상적인 처리 시 수행되는 절차들)이 알려져 있다.
측정들 및 검사를 수행하기 위해, 광학 메트롤로지 기술들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 스케터로메트리(scatterometry)는 임계 치수(CD) 및 오버레이의 측정들에 사용될 수 있는 광학 메트롤로지 기술이다. 2 가지 주요한 스케터로메트리 기술이 존재한다:
(1) 분광 스케터로메트리(spectroscopic scatterometry)가, 통상적으로 크세논 아크 램프(xenon arc lamp)와 같은 크세논, 듀테륨 또는 할로겐 기반 광원과 같이 광대역 광원을 이용하여, 파장의 함수로서 고정된 각도에서 산란 방사선(scattered radiation)의 특성들을 측정한다. 고정된 각도는 수직으로 입사하거나 비스듬히 입사할 수 있다.
(2) 각도-분해 스케터로메트리(angle-resolved scatterometry)가, 통상적으로 단파장 광원으로서 레이저를 이용하여, 입사각의 함수로서 고정된 파장에서 산란 방사선의 특성들을 측정한다.
스케터로메트리를 이용하여, 예를 들어 실시간 회귀(real-time regression)를 이용하거나 시뮬레이션에 의해 도출된 패턴들의 라이브러리(library)에 비교함으로써, 반사 스펙트럼(reflected spectrum)을 일으키는 구조체가 재구성된다. 재구성은 비용 함수의 최소화를 수반한다. 두 접근법들은 모두 주기적 구조체들에 의한 광의 산란을 계산한다. 가장 통상적인 기술은 RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)이지만, FDTD(Finite Difference Time Domain) 또는 적분 방정식(Integral Equation) 기술들과 같은 다른 기술들에 의해 방사선 산란이 계산될 수도 있다.
하지만, 알려진 스케터로미터들은 1 이상의 단점을 갖는다. 예를 들어, 종래의 스케터로미터들은 한 번에 하나의 파장만을 검출한다. 결과로서, 1 이상의 파장을 갖는 스펙트럼들은 시간-다중화(time-multiplex)되어야 하며, 이는 스펙트럼을 검출하고 처리하는데 걸리는 총 획득 시간을 증가시킨다.
따라서, 예를 들어 광범위한 파장들을 취급할 수 있는 메트롤로지 툴을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면으로 방사선을 전달하고 표면에 의해 전향된 방사선을 수용하는 대물렌즈(objective); 대물렌즈로부터 전향된 방사선을 수용하는 검출기; 및 대물렌즈로 전향을 위한 방사선을 전달하는 조명 시스템을 포함한 메트롤로지 툴이 제공되고, 상기 조명 시스템은 카타디옵트릭 광학 시스템을 포함한다. 카타디옵트릭 광학 시스템의 사용은 광범위한 파장들을 취급하는 툴을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사선을 반사시키도록 위치되고 구성된 제 1 반사 표면; 제 1 반사 표면으로부터 반사된 방사선을 시준된 빔(collimated beam)으로서 반사시키도록 위치되고 구성된 제 2 반사 표면- 상기 제 2 반사 표면은 제 2 반사 표면을 통해 방사선의 투과를 허용하는 어퍼처(aperture)를 가짐 -; 및 제 1 반사 표면에 방사선을 공급하기 위해 제 1 반사 표면과 제 2 반사 표면 사이에, 제 1 반사 표면을 향해 어퍼처로부터 연장되고 출구를 갖는 채널 구조체를 포함한 카타디옵트릭 광학 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대물렌즈를 이용하여 표면에 방사선을 전달하는 단계; 대물렌즈를 이용하여 표면에 의해 전향된 방사선을 수용하는 단계; 대물렌즈로부터 전향된 방사선을 이용하여 표면의 파라미터를 검출하는 단계; 및 카타디옵트릭 광학 시스템을 이용하여 대물렌즈로 전향을 위한 방사선을 전달하는 단계를 포함한 메트롤로지 방법이 제공된다.
첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 실시예들, 특징들 및 장점들이 아래에서 상세하게 설명된다.
본 명세서에 통합되며 명세서의 일부분을 형성하는 첨부된 도면들은 본 발명을 예시하며, 또한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하고 당업자가 본 발명을 수행하고 사용할 수 있게 하는 역할을 한다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영 장치를 도시하는 도면;
도 2a 내지 도 2c는 각도-분해 및 분광 스케터로메트리의 원리들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 3은 또 다른 예시적인 스케터로미터를 개략적으로 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카타디옵트릭 광학 대물렌즈를 포함한 감지 및 정렬 시스템을 개략적으로 도시하는 도면;
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 카타디옵트릭 광학 시스템들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 9는 도 8의 카타디옵트릭 광학 시스템을 가로지르는 광선들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 10은 매우 높은 개구수로부터 낮은 개구수까지 변환되는 카타디옵트릭 광학 시스템을 개략적으로 도시하는 도면;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케터로미터의 조명 부문(illumination branch)을 개략적으로 도시하는 도면;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 카타디옵트릭 집광 렌즈를 개략적으로 도시하는 도면; 및
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 카타디옵트릭 집광 렌즈를 개략적으로 도시하는 도면이다.
동일한 참조 기호들이 대응하는 요소들을 전부 식별하는 도면들에 관련하여 아래에서 설명되는 상세한 설명으로부터 본 발명의 특징들 및 장점들을 더 이해하게 될 것이다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 일반적으로 동일하고, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 요소들을 나타낸다.
본 명세서에서, "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적인 실시예" 등의 언급은, 설명된 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함하는 것은 아닐 수 있음을 나타낸다. 또한, 이러한 어구들이 반드시 동일한 실시예를 칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 일 실시예와 관련하여 설명되는 경우, 다른 실시예들과 관련하여 이러한 특징, 구조 또는 특성에 영향을 주는 것은 명확하게 설명되든지 그렇지 않든지 당업자의 지식 내에 있음을 이해한다.
본 발명의 1 이상의 실시예에 따른 광학 시스템들의 추가적인 세부 사항들을 제공하기 전에, 먼저 이러한 광학 시스템들이 사용될 수 있는 예시적인 리소그래피 환경 및 스케터로메트리 시스템을 설명하는 것이 유용하다.
예시적인 리소그래피 환경
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한다. 도 1의 장치는 일루미네이터(IL), 지지 구조체(MT), 기판 테이블(WT) 및 투영 시스템을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투영 시스템에서 굴절 광학 요소들을 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 투영 시스템에서 실질적으로 반사 요소만을 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔(B)(예를 들어, 수은 아크 램프에 의해 제공된 UV 방사선 빔, 또는 KrF 엑시머 레이저(excimer laser) 또는 ArF 엑시머 레이저에 의해 생성된 DUV 방사선 빔)을 컨디셔닝하도록 구성된다. 일루미네이터(IL)는 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 회절, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 패터닝 디바이스 패턴(MP)을 갖는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된다.
기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)은 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된다.
투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)은 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)의 패턴(MP)으로 변조된 방사선 빔(B)을 투영하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템들, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 형태의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다. 투영 시스템은, 패턴이 기판 상에 일관되게(coherently) 형성되도록 패터닝 디바이스의 패턴을 이미징할 수 있다. 대안적으로, 투영 시스템은 2 차 소스(secondary source)들을 이미징할 수 있으며, 이에 대해 패터닝 디바이스의 요소들이 셔터(shutter)로서 작용하다. 이러한 점에서, 투영 시스템은 2 차 소스들을 형성하고 기판 상에 스폿(spot)들을 이미징하도록 마이크로 렌즈 어레이(MLA라고도 함) 또는 프레넬 렌즈 어레이(Fresnel lens array)와 같은 포커싱 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 포커싱 요소들의 어레이(예를 들어, MLA)는 적어도 10 이상의 포커스 요소, 100 이상의 포커스 요소, 1,000 이상의 포커스 요소, 10,000 이상의 포커스 요소, 100,000 이상의 포커스 요소 또는 1,000,000 이상의 포커스 요소를 포함한다.
지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)를 유지한다. 이는 패터닝 디바이스(MA)의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스(MA)가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스(MA)를 유지한다. 지지 구조체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 패터닝 디바이스(MA)가 예를 들어 투영 시스템(PS)에 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 타겟부에 패턴을 생성하도록 방사선 빔의 단면을 변조시키는데[예를 들어, 방사선 빔(B)의 단면에 패턴을 부여하는데] 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 상기 디바이스들은 정적(static) 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크 또는 레티클) 또는 동적(dynamic) 패터닝 디바이스(예를 들어, 프로그램가능한 요소들의 어레이) 중 하나일 수 있다. 이러한 패터닝 디바이스의 예로는 레티클, 프로그램가능한 거울 어레이, 레이저 다이오드 어레이(laser diode array), 발광 다이오드 어레이(light emitting diode array), 격자 광 밸브(grating light valve) 및 LCD 어레이를 포함한다.
방사선 빔(B)에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판(W)의 타겟부(C) 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 이와 유사하게, 기판 상에 최종적으로 생성된 패턴은 어느 한 순간에 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상에 형성된 패턴과 일치하지 않을 수 있다. 이는, 기판의 각 부분 상에 형성된 최종 패턴이 기판의 상대 위치 및/또는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 패턴이 변화하는 주어진 시간 주기 또는 주어진 수의 노광에 걸쳐 형성되는 구성인 경우일 수 있다.
일반적으로, 기판의 타겟부 상에 생성된 패턴은 집적 회로 또는 평판 디스플레이와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능층(예를 들어, 평판 디스플레이 내의 컬러 필터층 또는 평판 디스플레이 내의 박막 트랜지스터층)에 해당할 것이다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 예를 들어 g-라인 또는 i-라인 UV 방사선을 제공하는 수은 아크 램프, 또는 예를 들어 약 248, 193, 157 및 126 nm와 같이 약 270 nm보다 작은 파장의 DUV 방사선을 제공하는 엑시머 레이저와 같은 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 방사선 소스는 적어도 5 nm 이상, 10 nm 이상, 11 내지 13 nm 이상, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 150 nm 이상, 175 nm 이상, 200 nm 이상, 250 nm 이상, 275 nm 이상, 300 nm 이상, 325 nm 이상, 350 nm 또는 360 nm 이상의 파장을 갖는 방사선을 제공한다. 대안적으로, 방사선 소스(SO)에 의해 제공된 방사선은 최대 450 nm, 최대 425 nm, 최대 375 nm, 최대 360 nm, 최대 325 nm, 최대 275 nm, 최대 250 nm, 최대 225 nm, 최대 200 nm 또는 최대 175 nm의 파장을 갖는다. 상기 방사선은 436 nm, 405 nm, 365 nm, 355 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm 및/또는 126 nm를 포함하는 파장을 가질 수 있다.
예를 들어 상기 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스(SO) 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔(B)은 예를 들어 적절한 지향 거울들 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스(SO)가 수은 램프인 경우, 상기 소스(SO)는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 패터닝 디바이스 레벨에서 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면(IPU) 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 패터닝 디바이스 레벨에서 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL) 또는 그와 연계된 추가 구성요소는 방사선 빔을, 예를 들어 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이의 하나 또는 복수의 개별적으로 제어가능한 요소들과 각각 연계될 수 있는 복수의 서브-빔(sub-beam)들로 분할하도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 방사선 빔을 서브-빔들로 분할하기 위해 2 차원 회절 격자가 사용될 수 있다. 본 명세서에서, "방사선의 빔" 및 "방사선 빔"이라는 용어는 상기 빔이 이러한 방사선의 복수의 서브-빔들로 구성되는 상황을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되거나 이로부터 방출되며, 패턴(MP)에 따라 패터닝 디바이스(MA)에 의해 변조된다. 상기 패터닝 디바이스(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔(B)을 포커스한다.
투영 시스템은 일루미네이터 퓨필(IPU)과 켤레(conjugate)인 퓨필(PPU)을 갖는다. 방사선의 부분들은 일루미네이터 퓨필(IPU)에서의 세기 분포로부터 발산하며, 패터닝 디바이스 패턴에서의 회절에 의해 영향을 받지 않고 패터닝 디바이스 패턴을 가로질러서, 일루미네이터 퓨필(IPU)에 세기 분포의 이미지를 생성한다.
제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다.
일 예시에서, 지지 구조체(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 지지 구조체(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 대상물 테이블 및/또는 패터닝 디바이스가 요구되는 상대 이동을 제공하도록 고정된 위치를 가질 수 있는 한편, 상기 빔(B)은 대안적으로/추가적으로 이동가능할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 구성은 상기 장치의 크기를 제한하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 평판 디스플레이의 제조 시에 적용가능할 수 있는 또 다른 대안예로서, 기판 테이블(WT) 및 투영 시스템(PS)의 위치는 고정될 수 있으며, 기판(W)은 기판 테이블(WT)에 대해 이동되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판 테이블(WT)에는 실질적으로 일정한 속도로 기판(W)을 가로질러 스캐닝하는 시스템이 제공될 수 있다.
패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1 및 M2)은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 및/또는 패터닝 디바이스 테이블들을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는, 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 "침지 액체", 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 패터닝 디바이스와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1에 도시된 실시예와 같은 일 예시에서, 기판(W)은 실질적으로 원형이며, 선택적으로는 그 주변부(perimeter)의 일부분을 따라 노치(notch) 및/또는 평탄한 에지(flattened edge)를 갖는다. 또 다른 예시에서, 기판은 다각형, 예를 들어 직사각형이다.
기판이 실질적으로 원형인 예시들은, 기판이 적어도 25 mm 이상, 50 mm 이상, 75 mm 이상, 100 mm 이상, 125 mm 이상, 150 mm 이상, 175 mm 이상, 200 mm 이상, 250 mm 이상 또는 300 mm 이상의 직경을 갖는 예시들을 포함한다. 대안적으로, 기판은 최대 500 mm, 최대 400 mm, 최대 350 mm, 최대 300 mm, 최대 250 mm, 최대 200 mm, 최대 150 mm, 최대 100 mm 또는 최대 75 mm의 직경을 갖는다.
기판이 다각형 예를 들어 직사각형인 예시들은, 기판의 1 변 이상, 2 변 이상 또는 3 변 이상이 적어도 5 cm 이상, 25 cm 이상, 50 cm 이상, 100 cm 이상, 150 cm 이상, 200 cm 이상 또는 250 cm 이상의 길이를 갖는 예시들을 포함한다.
기판의 1 변 이상은 최대 1000 cm, 최대 750 cm, 최대 500 cm, 최대 350 cm, 최대 250 cm, 최대 150 cm 또는 최대 75 cm의 길이를 갖는다.
일 예시에서, 기판(W)은 웨이퍼, 예를 들어 반도체 웨이퍼이다. 웨이퍼 재료는 Si, SiGe, SiGeC, SiC, Ge, GaAs, InP 및 InAs로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 기판은: Ⅲ/Ⅴ 화합물 반도체 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 세라믹 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 기판은 (육안으로) 투명하거나, 유색 또는 무색일 수 있다.
기판의 두께는 변할 수 있으며, 기판 재료 및/또는 기판 치수에 어느 정도 의존할 수 있다. 상기 두께는 적어도 50 ㎛ 이상, 100 ㎛ 이상, 200 ㎛ 이상, 300 ㎛ 이상, 400 ㎛ 이상, 500 ㎛ 이상 또는 600 ㎛ 이상일 수 있다. 대안적으로, 기판의 두께는 최대 5000 ㎛, 최대 3500 ㎛, 최대 2500 ㎛, 최대 1750 ㎛, 최대 1250 ㎛, 최대 1000 ㎛, 최대 800 ㎛, 최대 600 ㎛, 최대 500 ㎛, 최대 400 ㎛ 또는 최대 300 ㎛일 수 있다.
본 명세서에 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고, 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 일 예시에서는, 기판 상에 레지스트층이 제공된다.
상기 설명은 리소그래피로 지향되지만, 패터닝 디바이스(MA)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 디스플레이 시스템(예를 들어, LCD 텔레비전 또는 투영기) 내에 형성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 투영되는 패터닝된 빔은 다수의 다른 형태의 대상물들, 예를 들어 기판, 디스플레이 디바이스 등에 투영될 수 있다.
도 1에 도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후 기판 테이블(WT)은, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은, 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 펄스 모드에서, 지지 구조체(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
4. 연속 스캔 모드는, 기판(W)이 실질적으로 일정한 속력으로 변조된 방사선 빔(B)에 대해 스캐닝되고, 상기 빔(B)이 기판(W)을 가로질러 스캐닝하고 그것을 노광함에 따라 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상의 패턴이 업데이트된다는 것을 제외하고는, 기본적으로 펄스 모드와 동일하다. 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이 상의 패턴의 업데이팅과 동기화된, 실질적으로 일정한 방사선 소스 또는 펄스화된 방사선 소스가 사용될 수 있다.
5. 도 1의 리소그래피 장치를 사용하여 수행될 수 있는 픽셀 그리드 이미징 모드(pixel grid imaging mode)에서, 기판(W) 상에 형성된 패턴은 패터닝 디바이스(MA) 상으로 지향되는 스폿 발생기(spot generator)에 의해 형성된 스폿들의 후속 노광에 의해 실현된다. 상기 노광된 스폿들은 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 기판(W) 상에서, 상기 스폿들은 실질적으로 그리드 내에 프린트된다. 일 예시에서, 상기 스폿 크기는 프린트된 픽셀 그리드의 피치(pitch)보다 크지만, 노광 스폿 그리드보다는 훨씬 작다. 프린트된 스폿들의 세기를 변화시킴으로써 패턴이 실현된다. 노광 플래시(exposure flash)들 사이에서, 스폿들에 걸친 세기 분포가 변화된다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
예시적인 스케터로메트리 장치
도 2a 내지 도 2c는, 기판(W) 표면의 1 이상의 특성들이 결정될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 각도-분해 및 분광 스케터로메트리의 원리들을 개략적으로 도시한다. 일 실시예에서, 도 2a를 참조하면 스케터로미터는 기판(W) 상으로 방사선을 지향하는 방사선 소스(2)[예를 들어, 광대역(백색 광) 방사선 소스]를 포함한다. 반사된 방사선은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서 세기)을 측정하는 센서(4)[예를 들어, 분광계 검출기(spectrometer detector)]로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출되는 스펙트럼을 야기하는 프로파일 또는 구조체가 도 2b 및 도 2c에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해서 상기 구조체의 일반적인 형태가 알려지며, 상기 구조체가 만들어졌던 공정의 정보(knowledge)로부터 몇몇 파라미터들이 가정되어, 스케터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터들만이 남게 된다.
스케터로미터는 수직-입사 스케터로미터 또는 경사-입사 스케터로미터일 수 있다. 또한, 단일 각도의 다양한 파장들에서 반사가 측정되기보다는, 다양한 각도들의 단일 파장에서 반사가 측정되는 스케터로메트리의 변형예들이 사용될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케터로미터를 개략적으로 도시한다. 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 조명 시스템(11 내지 14)에 의해 수집되고, 대물렌즈(15) 및 부분 반사 거울(partially reflective mirror: 16)을 통해 기판(W) 상의 타겟을 커버하는 스폿으로 포커스된다. 대물렌즈(15)는 높은 개구수(NA)를 가지며, 일 실시예에서는 적어도 0.9 이상 또는 0.95 이상이다. 침지 스케터로미터는, 심지어 개구수가 1이 넘는 렌즈를 구비할 수도 있다. 그 후, 기판에 의해 반사된 방사선은 산란 스펙트럼(scatter spectrum)이 검출되게 하기 위해서, 부분 반사면(16)을 통해 검출기(4)로 전달된다. 검출기(4)는 렌즈(15)의 역-투영(back-projected)된 퓨필 평면 내에 위치되거나, 또는 그 대신에 퓨필 평면이 보조 광학기(17)를 이용하여 검출기(4) 상에 재-이미징(re-image)될 수도 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 반경방향 위치(radial position)가 입사각을 정의하고 각도 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정의하는 평면이다. 방사선 소스(2)는 스케터로미터의 일부분이거나, 또는 단순히 외부의 방사선 발생기로부터의 방사선의 도관일 수 있다.
일 실시예에서, 검출기는 기판 타겟의 2-차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2-차원 검출기이다. 검출기(4)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있으며, 예를 들어 프레임당 40 밀리초(millisecond)의 통합 시간(integration time)을 가질 수 있다.
검출기(4)는 단파장(또는 협파장 범위)에서의 산란 방사선의 세기, 다수 파장들에서의 별도 세기, 또는 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡자기(transverse magnetic)-편광 방사선 및 횡전기(transverse electric)-편광 방사선의 세기, 및/또는 횡자기-편광 방사선과 횡전기-편광 방사선 간의 위상차를 별도로 측정할 수 있다.
광대역 방사선 소스(즉, 광범위한 방사선 주파수들 또는 파장들 - 및 이에 따른 컬러들을 갖는 방사선 소스)를 이용할 수 있으며, 이는 큰 에텐듀(etendue)를 제공하여 다수 파장들의 혼합(mixing)을 허용한다. 방사선의 수 개의 "소스들"은 섬유 다발(fiber bundle)을 이용하여 분할되었던 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해된 산란 스펙트럼들(angle resolved scatter spectra)이 다수 파장들에서 동시에(in parallel) 측정될 수 있다. 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도들)이 측정될 수 있으며, 이는 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함한다. 이는 메트롤로지 프로세스 견고성(metrology process robustness)을 증가시키는 더 많은 정보가 측정되게 한다.
기판(W) 상의 타겟은 조사될 리소그래피 공정의 파라미터, 예를 들어 포커스, 도즈 또는 오버레이에 민감하도록 선택된다. 이는, 현상 이후에 바아(bar)들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트되는 격자일 수 있다. 대안적으로, 상기 바아들은 기판 안으로 에칭될 수 있다. 프린트된 격자의 스케터로메트리 데이터가 처리 유닛(PU)에 의해 타겟을 재구성하는데 사용되어, 이로부터 조사 중인 파라미터에 대한 값을 도출할 수 있다. 프린팅 단계 및/또는 다른 스케터로메트리 공정들의 정보로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 이상적인 타겟의 1 이상의 파라미터들이 재구성 공정에 입력될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 조사 중인 파라미터를 나타내는 정보는, 예를 들어 주성분 분석(Principle Component Analysis)과 같은 기술에 의해 스케터로메트리 데이터로부터 직접 도출될 수 있다.
스케터로미터(SM)의 조명 시스템은 두 부분으로 형성되는 것으로 간주될 수 있다: 렌즈(11 및 13)에 의해 나타낸 제 1 부분은 방사선 소스(2)의 중간 이미지(2')를 형성하는 한편, 렌즈(14)에 의해 나타낸 제 2 부분은 높은-NA 렌즈(15)와 함께 작동하여 기판(W) 상으로 중간 이미지(2')를 이미징한다.
일 실시예에서, 조명 어퍼처 블레이드(illumination aperture blade: 12)가 조명 시스템의 제 1 부분에 제공되고, 높은-NA 렌즈(15)의 후초점면(back focal plane)으로 이미징된다. 조명 어퍼처 블레이드는 의도된 측량, 예를 들어 오버레이에 적절한 조명 모드, 예를 들어 환형 조명을 정의한다. 조명 어퍼처 블레이드(12)가 소스(2)의 공간 주파수들 일부를 차단하기 때문에, 기판 상의 소스의 이미지가 넓어지고 방사선은 원하는 타겟 영역의 외부로 흩트러진다(spill). 타겟 영역 외부의 구조체들에 의해 반사된 방사선은 스케터로메트리 데이터에 잡음을 야기할 수 있다. 그러므로, 방사선 소스(2)의 중간 이미지(2')에 시야 조리개(field stop: 19)가 제공된다. 시야 조리개(19)는 바람직하게는 이상적인 기하학적 스폿 폭(예를 들어, 직경)보다 약간만 더 크므로, 기하학적 스폿 외부로 회절되는 방사선을 차단하여, 기판 상으로 투영되는 스폿이 가능한 한 선명(sharp)할 것을 보장한다.
또한, 시야 조리개(19)는 높은-NA 렌즈(15)의 후초점면에서 어퍼처 블레이드(12)의 이미지에 대한 저역 통과 필터(low-pass filter)로서 작용하며, 이에 따라 조명 모드를 흐릿하게(blur) 한다는 것을 유의한다. 이는 검출기(4) 상에서 회절 차수들의 각도 분해능을 감소시킬 수 있다. 하지만, 아포다이즈드(apodized) 시야 조리개, 즉 투명에서 불투명으로의 전이가 계단식(step wise)이기 보다는 점진적인 시야 조리개를 이용함으로써, 회절 차수들의 각도 분해능과 이미지 평면에서의 표유 방사선(stray radiation) 사이의 최적 밸런스가 얻어질 수 있다.
스케터로메트리에 사용되는 카타디옵트릭 광학 시스템들
일 실시예에서, 스케터로미터는 카타디옵트릭 광학 시스템을 포함한다.
카타디옵트릭 광학 시스템은, 예를 들어 도 4에 도시되고 이에 대해 아래에서 설명되는 바와 같이 임계 치수(CD) 및 오버레이 측정들을 위해 UV-가시광 스케터로미터 내에서 특수한 대물렌즈로서 사용될 수 있다.
카타디옵트릭 대물렌즈는, 예를 들어 도 11에 도시되고 이에 대해 아래에서 설명되는 바와 같이 스케터로미터의 조명 시스템과 함께 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 카타디옵트릭 광학 시스템은 (ⅰ) 높은 개구수 및 무색(achromatism)을 제공하는 거울 시스템, 및 (ⅱ) [코마(coma)와 같은] 1 이상의 수차를 보정하는 거의 어포컬인 굴절 요소(nearly afocal refractive element)를 포함할 수 있다.
스케터로미터 내의 카타디옵트릭 광학 시스템은 수 개의 바람직한 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 카타디옵트릭 광학 시스템은 (예를 들어, 약 0.95와 같이) 매우 높은 개구수를 가질 수 있으며, (예를 들어, 약 193 나노미터 내지 1050 나노미터와 같이) 폭넓은 스펙트럼 범위에서 작동할 수 있다. 또한, 카타디옵트릭 광학 시스템은 감지 부문(sensing branch) 내에서 낮은 차폐(obscuration)(약 15 %)를 생성할 수 있다. 또한, 카타디옵트릭 광학 시스템은 종래 스케터로미터에 비해서 감지 부문 내에 더 적은 광학 표면들을 포함하여, 감지 부문 내에 생성되는 산란 및 고스트 이미지(ghost image)들을 감소시키거나 최소화할 수 있다. 또한, 카타디옵트릭 광학 시스템은 종래 스케터로미터들에 비해 더 작은 치수 및 무게를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 높은 개구수의 무색 카타디옵트릭 광학 시스템은 볼록 구면, 및 볼록 구면으로부터 전자기 방사선을 수용하도록 위치된 오목 구면을 포함한다.
도 4는 기판(490) 표면의 1 이상의 특성들을 감지할 수 있는 스케터로메트리 시스템(400)을 도시한다. 스케터로메트리 시스템(400)은 도 3에 나타낸 것과 비교할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 요소들(11, 13 및 14)은 도 4의 요소들(420, 422, 424, 432)과 비교할 수 있다. 이와 유사하게, 도 3의 대물렌즈(15)는 도 4의 카타디옵트릭 광학 시스템(480)이거나 이를 포함할 수 있다.
시스템(400)은 정렬 부문(alignment branch) 및 감지 부문을 갖고, 카타디옵트릭 광학 시스템(480)을 포함한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 카타디옵트릭 광학 시스템(480)은 광학 요소(434)(예를 들어, 빔 스플리터) 및 대물렌즈 시스템(470)을 포함한다. 정렬 부문, 감지 부문 및 카타디옵트릭 광학 시스템(480)은 아래에서 더 상세히 설명된다.
정렬 부문은 기판(490) 상의 피처들과 시스템(400)을 정렬시키는데 사용된다. 정렬 부문은 방사선의 제 1 빔을 제공하는 [광대역 발광 다이오드(LED)와 같은] 조명 소스(412)를 포함한다. 일 예시에서, 상기 제 1 빔은 450 나노미터 내지 600 나노미터의 스펙트럼 범위를 갖는다. 상기 제 1 빔은 광학 요소들(430 및 432)을 통과한 후, 광학 요소(434) 상에 부딪힌다. 그 후, 제 1 빔은 대물렌즈(470)를 통하거나 이에 인접하여 지향되고, 기판(490)의 일부분에 포커스된다. 그 후, 제 1 빔은 광학 요소(434)를 통해[예를 들어, 제 1 빔이 대물렌즈(470)를 통해 기판으로 지향되는 경우에는 대물렌즈(470)를 통해] 다시 전향(예를 들어, 반사 및/또는 굴절)된다. 빔 스플리터(436)는 포커싱 렌즈(450) 및 빔 스플리터(452)를 통해, 제 1 센서(454)[예를 들어, 전하 결합 소자(CCD)] 상으로 제 1 빔을 지향한다. 센서(454)에 의해 제공되는 기판(490)의 이미지는 기판(490)의 특정 부분들과 시스템(400)을 정렬시키는데 사용된다.
감지 부문은 앞서 설명된 스케터로메트리 기술들과 같은 알려진 스케터로메트리 기술들에 따라 기판(490)의 정렬된 부분들 상의 피처들을 감지하거나 검출하는데 사용된다. 감지 부문은 방사선의 제 2 빔을 제공하는 (간섭 필터를 갖는 텅스텐 조명 소스와 같은) 조명 소스(410)를 포함한다. 일 예시에서, 상기 제 2 빔은 약 10 나노미터의 대역폭을 가지며, 약 300 나노미터 내지 800 나노미터의 스펙트럼 범위 내에 포함된다. 제 2 빔은 광학 요소들(420, 422, 424, 430) 및 렌즈(432)를 통과한다. 그 후, 광학 요소(434)는 대물렌즈 시스템(470)을 통해 기판(490)의 정렬된 부분 상으로 제 2 빔을 지향한다. 제 2 빔은 기판(490)의 정렬된 부분에 의해 전향되고, 다시 대물렌즈 시스템(470) 및 광학 요소(434)를 통해 지향된다. 제 2 빔은 빔 스플리터(436), 렌즈(440), 어퍼처(442) 및 렌즈(444)를 통과한 후, 제 2 검출기(446)(예를 들어, 제 2 CCD) 상에 부딪힌다. 제 2 검출기(446)는 기판(490)의 표면 상의 피처들을 검출하는데 사용되는 기판(490)의 정렬된 부분의 이미지를 제공한다.
앞서 언급된 바와 같이, 카타디옵트릭 광학 시스템(480)은 광학 요소(434) 및 대물렌즈 시스템(470)을 포함한다. 카타디옵트릭 광학 시스템(480)은 (약 193 나노미터 내지 1050 나노미터와 같은) 폭넓은 스펙트럼 범위 내에서 무색(achromatic)이다. 시스템(400)에서 사용되는 경우, 카타디옵트릭 시스템(480)은 [반경으로(by radius) 약 15 %와 같이] 감지 부문 내에서 낮은 차폐를 갖는다. 이는 더 작은 치수들과 무게, 및 약간의 표면들만을 가져서, 산란을 감소시키고 고스트 이미지들을 제거한다. 감지하는데 사용되는 경우, 대물렌즈 시스템(470)은 (예를 들어, 약 0.90 또는 0.95와 같은) 높은 개구수를 가질 수 있으며, 굴절 요소들은 사용하지 않는다. 결과로서, 대물렌즈 시스템(470)은 (약 193 나노미터 내지 1050 나노미터와 같은) 폭넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 적절히 작동한다.
일 실시예에서, 정렬 부문 및 감지 부문은 모두 카타디옵트릭 광학 시스템(480)을 공유할 수 있다. 일 실시예에서, 카타디옵트릭 광학 시스템(480)은 정렬 부문 및 감지 부문의 광학 사양들 내에서 적절히 기능한다. 이러한 일 실시예에서, 정렬 부문의 굴절 요소들은 카타디옵트릭 광학 시스템(480)의 작은 구형 거울에 의해 차폐되는 공간(volume) 내에 위치된다. 정렬 부문 내의 제 1 표면(또는 표면들의 그룹)은 감지 부문 내의 볼록한 반사 표면과 공통 표면(또는 표면들)을 갖는다. 볼록한 반사 표면은 (예를 들어, 80 % 반사와 같이) 부분적으로 반사형일 수 있으며, 또는 감지 및 정렬 부문들 사이에 방사선 분배를 제공하는 스펙트럼-의존성 반사(spectral-dependent reflection)를 갖는다. 예를 들어, 볼록한 반사 표면은 컨디셔닝(예를 들어, 코팅)되어, (ⅰ) 정렬 부문으로부터의 전자기 방사선에 대한 굴절 특성들, 및 (ⅱ) 감지 부문으로부터의 전자기 방사선에 대한 반사 특성들을 갖게 할 수 있다. 시스템(400)의 정렬 부문에서 사용되는 경우, 카타디옵트릭 광학 시스템(480)은 정렬 부문에서 실질적으로 차폐를 갖지 않는다. 대안적으로, 카타디옵트릭 광학 시스템(480)은 감지 부문만을 포함하는 시스템 내에서 사용될 수 있다.
아래에서, 본 발명의 실시예들에 따른 추가적인 카타디옵트릭 광학 시스템이, 예를 들어 도 5 내지 도 9에서 설명되고 예시된다. 도 5 내지 도 9에 도시된 각각의 실시예들에서, 조명 시스템으로부터 시준된 전자기 방사선이 기판(예를 들어, 웨이퍼) 상의 (약 10 미크론과 같은) 작은 스폿에 포커스된다. 각각의 실시예는 스케터로메트리에 사용될 수 있으며, 각각의 실시예는 (약 0.95의 개구수와 같은) 매우 큰 개구수를 갖고, (약 193 나노미터 내지 1050 나노미터와 같은) 폭넓은 스펙트럼 범위에서 작동한다.
도 5는 일 실시예에 따른 예시적인 카타디옵트릭 광학 시스템(600)을 도시한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 카타디옵트릭 광학 시스템(600)은 보정 플레이트(610), 구면 볼록 거울(spherical convex mirror: 616) 및 비구면 오목 거울(aspherical concave mirror: 612)을 포함한다.
보정 플레이트(610)는 (코마와 같은) 1 이상의 광학 수차들을 보정하도록 방사선 빔을 컨디셔닝한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 보정 플레이트(610)는 비구면(s2) 및 구면(s3)을 포함한다. 보정 플레이트(610)에 의해 컨디셔닝된 방사선이 비구면 오목 거울(612)의 홀(614)을 통과하고, 구면 볼록 거울(616) 상에 부딪힌다. 구면 볼록 거울(616)은 보정 플레이트(610)에 의해 컨디셔닝된 방사선을 반사하도록 위치되는 구면 반사 표면(s6)을 포함한다. 비구면 오목 거울(612)은 구면 반사 표면(s6)에 의해 반사된 방사선을 수용한다. 비구면 오목 거울(612)은 이 방사선을 기판의 타겟부 상에 포커스하는 비구면 반사 표면(s7)을 포함한다. 예를 들어, 비구면 반사 표면(s7)에 의해 반사되는 예시적인 광선(611)이 도 5에 도시된다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 예시적인 카타디옵트릭 광학 시스템(700)을 도시한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 카타디옵트릭 광학 시스템(700)은 보정 플레이트(710), 구면 볼록 거울(716) 및 단일체 유리 요소(monolithic glass element: 712)를 포함한다.
보정 플레이트(710)는 (코마와 같은) 1 이상의 광학 수차를 보정하도록 전자기 방사선 빔을 컨디셔닝한다. 보정 플레이트(710)는 비구면(s2)을 포함한다.
구면 볼록 거울(716)은 보정 플레이트(710)에 의해 컨디셔닝된 전자기 방사선을 반사하도록 위치되는 구면 반사 표면(s4)을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에서, 구면 볼록 거울(716)은 단일체 유리 요소(712)의 표면(s6) 상에 위치된다. 단일체 유리 요소(712)의 비구면(s5)은 반사 부분 및 투명한 부분을 갖는다. 투명한 부분은 광학 축선 주위로 집중되고, 입사 빔(input beam)의 단면 크기에 기초한 크기를 갖는다. 결과로서, 표면(s5)은 보정 플레이트(710)로부터 나오는 빔을 통과시키지만, 구면 거울(716)로부터 나오는 광선들은 반사시킨다. 즉, 보정 플레이트(710)에 의해 컨디셔닝된 전자기 방사선은 단일체 유리 요소(712) 내의 표면(s5)의 투명한 부분을 통과하고, 구면 볼록 거울(716) 상에 부딪힌다.
단일체 유리 요소(712)는 표면들(s4, s5 및 s6)을 포함한다. 단일체 유리 요소(712)의 표면(s5)은 구면 볼록 거울(716)(표면 s4)에 의해 반사되는 방사선을 수용하고, 이 방사선을 기판의 타겟부를 향해 반사시킨다. 기판의 타겟부 상에 부딪히기 전에, 방사선은 단일체 유리 요소의 표면(s6)을 가로지른다. 비구면 반사 표면(s5)으로부터 반사하는 광선들은 표면(s6)에 실질적으로 수직하여 단일체 유리 요소(712)를 나가므로, 표면(s6)에 의해 실질적으로 굴절되지 않는다. 결과로서, 카타디옵트릭 광학 시스템(700)은 무색이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 예시적인 카타디옵트릭 광학 시스템(800)을 도시한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 카타디옵트릭 광학 시스템(800)은 보정 플레이트(810), 구면 볼록 거울(816), 비구면 오목 거울(812) 및 요소(820)를 포함한다.
보정 플레이트(810)는 (코마와 같은) 1 이상의 광학 수차를 보정하도록 방사선 빔을 컨디셔닝한다. 보정 플레이트(810)는 비구면(s1) 및 표면(s2)을 포함한다. 도 7에 예시된 바와 같이, 보정 플레이트(810)는 비구면 오목 거울(812)의 홀(814) 내에 위치된다.
구면 볼록 거울(816)은 보정 플레이트(810)에 의해 컨디셔닝된 방사선을 반사시키도록 위치되는 구면 반사 표면(s3)을 포함한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 구면 볼록 거울(816)은 요소(820)의 표면(s5) 상에 위치된다. 보정 플레이트(810)에 의해 컨디셔닝된 방사선은 구면 볼록 거울(816) 상에 부딪힌다.
비구면 오목 거울(812)은 비구면 반사 표면(s4)을 포함한다. 비구면 오목 거울(812)의 비구면 반사 표면(s4)은 구면 볼록 거울(816)에 의해 반사된 방사선을 수용하고, 이 방사선을 요소(820)[예를 들어, 메니스커스 렌즈(meniscus)]를 향해 반사시킨다.
요소(820)는 제 1 표면(s5) 및 제 2 표면(s6)을 포함한다. 비구면 오목 거울(812)에 의해 반사된 방사선은 제 1 표면(s5) 및 제 2 표면(s6) 모두에 실질적으로 수직하여 요소(820)를 통과하므로, 요소(820)의 어느 표면에서도 실질적으로 굴절되지 않는다. 결과로서, 카타디옵트릭 광학 시스템(800)은 무색이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 카타디옵트릭 광학 시스템(900) 및 조명 시스템을 도시한다. 카타디옵트릭 광학 시스템(900)은 약 0.95의 조명 개구수를 가지며, 약 300 나노미터 내지 800 나노미터의 폭넓은 스펙트럼 범위에서 작동한다. 카타디옵트릭 광학 시스템(900)은 기판(910) 상에 (예를 들어, 약 10 미크론 스폿과 같은) 작은 스폿을 생성한다.
카타디옵트릭 광학 시스템(900)은 구면 굴절 표면(920), 평면 반사 표면(930), 비구면 반사 표면(940), 광학 요소(960), 렌즈들의 그룹(970), 보조 렌즈(subsidiary lens: 980), 및 기판(910) 상의 스폿과 켤레인 조명 소스(990)를 포함한다. 조명 소스(990)는 보조 렌즈(980) 및 렌즈들(970)을 통해 전파되는 방사선을 제공한다. 렌즈들(970)은 적어도 1 이상의 비구면을 갖는다. 렌즈들(970)은 카타디옵트릭 광학 시스템(900)의 (코마와 같은) 수차들을 보정하도록 기능한다. 렌즈들(970)은 어포컬 렌즈 그룹(970)을 형성할 수 있다. 광학 요소(960)는 평면 반사 표면(930)에서 반사하도록 렌즈들(970)로부터의 방사선을 지향한다. 그 후, 전자기 방사선은 비구면 반사 표면(940)으로부터 반사되고, 구면 굴절 표면(920)을 통과하며, 기판(910) 상에 포커스된다. 방사선은 표면(920)에 실질적으로 수직인 방향으로 구면 굴절 표면(920)을 가로지른다. 결과로서, 카타디옵트릭 광학 시스템(900)은 무색이다.
카타디옵트릭 광학 시스템(900)은 기판(910)의 피처들을 테스트하거나 감지하는데 사용될 수 있다. 감지 모드에서, 카타디옵트릭 광학 시스템(900)은 높은 개구수의 푸리에 대물렌즈(Fourier objective)로서 작용하며, 이때 방사선은 도 8에 나타낸 것과 반대 방향으로 전파된다. 명확하게는, 방사선이 기판(910)의 표면에 의해 전향되고, 카타디옵트릭 광학 시스템(900)을 통해 가로지르며, 카타디옵트릭 광학 시스템의 후초점면(즉, 퓨필 평면)과 켤레인 평면 내에 위치된 CCD 상에 부딪힐 것이다. CCD 상의 상이한 지점들에 위치된 방사선 스폿들은 기판(910)의 표면으로부터 상이한 각도들로 전향된 방사선 빔들에 대응한다. 알려진 스케터로메트리 기술들을 이용하여, 이 스폿들은 (CD 및 오버레이와 같이) 기판(910)의 피처들을 분석하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 9는 감지 모드에서 카타디옵트릭 광학 시스템(900)을 통해 전파되는 [기판(910)의 표면으로부터 약 0, 30 및 72 도로 전향된 광선들에 대응하는) 3 개의 전향된 빔(913, 915 및 917)을 도시한다. 전향된 빔들은 카타디옵트릭 광학 시스템(900)의 퓨필 평면 내에 푸리에 패턴을 생성한다.
비구면 거울(940), 평면 거울(930) 및 구면 굴절 표면(920)은 단일체 유리 광학 요소(912)로부터 구성될 수 있다. 단일체 유리 광학 요소(912)는 약 193 나노미터 내지 1050 나노미터의 스펙트럼 범위에서 투과(transmit)하는 유리(예를 들어, SiO2)로부터 제작될 수 있다. 이 예시에서, 평면 거울(930)은 환형(annulus)의 중심에 구면 굴절 표면(920)이 위치되어 있는 환형을 포함한다. 단일체 유리 광학 요소(912)는, 기판(910) 상의 조명 스폿이 평면 거울(930) 및 구면 굴절 표면(920)과 동심(concentric)이 되게 하도록 방위된다. 광학 요소(960)는 단일체 유리 광학 요소(912)와 동일한 재료로부터 제작될 수 있으며, 이를 단일체 유리 광학 요소(912)와 광학 접촉시킴으로써 조립될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 예시적인 카타디옵트릭 광학 시스템(1200)을 도시한다. 카타디옵트릭 광학 시스템(1200)은 제 1 단일체 유리 요소(1210), 제 2 단일체 유리 요소(1220), 및 함께 캐스케이드(cascade)된 굴절 렌즈 그룹(1230)을 포함한다. 단일체 유리 요소(1210)는 약 0.95의 개구수에서 약 0.4의 개구수로(그리고 거꾸로) 전이한다. 단일체 유리 요소들(1210 및 1220)을 캐스케이드하는 것은 약 0.95의 개구수에서 약 0.02의 개구수로 전이한다.
제 1 단일체 유리 요소(1210)는 굴절 표면(s2), 비구면 반사 표면(s3), 평면 반사 표면(s4), 및 굴절 표면(s5)을 포함한다. 도 10에 예시된 바와 같이, 굴절 표면(s2)은 평면 반사 표면(s4)의 중심에 위치되고, 굴절 표면(s5)은 비구면 반사 표면(s3)의 중심에 위치된다.
제 2 단일체 유리 요소(1220)는 반사 표면(s7) 및 반사 표면(s8)을 포함한다. 반사 표면들(s7 및 s8)은 각각 중심의 투명한 부분을 포함한다.
굴절 렌즈 그룹(1230)은 광학 표면들(s9, s10, s11, s12, s13 및 s14)을 포함하며, 이는 (코마와 같은) 1 이상의 수차를 보정하도록 위치되고 형성된다.
이 광학 디자인은 도 8 및 도 9에 도시된 디자인들과 유사하게 기능하지만, 단지 하나의 비구면[제 1 단일체 유리 요소(1210)의 비구면 반사 표면(s3)] 및 더 폭넓은 스펙트럼 범위(193 내지 1050 나노미터)를 갖는다.
예를 들어, 방사선은 굴절 렌즈 그룹(1230)을 통해 카타디옵트릭 광학 시스템(1200)에 들어간다. 방사선은 굴절 렌즈 그룹(1230)을 통과한 후, 반사 표면(s8)의 중심의 투명한 부분을 통과한다.
반사 표면(s8)의 중심의 투명한 부분을 통과한 방사선은 반사 표면(s7)에 의해 반사된 후, 반사 표면(s8)에 의해 수용된다. 반사 표면(s8)은, 반사 표면(s7)의 중심의 투명한 부분을 통과하는 방사선의 포커스된 스폿으로 방사선을 포커스한다. 즉, 제 2 단일체 유리 요소(1220)는 방사선의 포커스된 스폿을 제공하도록 구성된다.
제 1 단일체 유리 요소(1210)의 굴절 표면(s5)은 제 2 단일체 유리 요소(1220)로부터의 방사선의 포커스된 스폿과 동심이도록 위치된다. 그 결과, 제 2 단일체 유리 요소(1220)로부터의 방사선이 굴절 표면(s5)에 실질적으로 수직하여 제 1 단일체 유리 요소(1210)에 들어간다. 반사 표면(s4)은 이 방사선을 수용하고, 이를 비구면 반사 표면(s3)을 향해 반사시킨다. 비구면 반사 표면(s3)은 기판 상의 포커스된 스폿으로 방사선을 포커스한다(도 10에 명확하게 도시되지 않음). 굴절 표면(s2)은 기판 상의 포커스된 스폿에 동심이도록 위치되어, 방사선이 굴절 표면(s2)에 실질적으로 수직하여 제 1 단일체 유리 요소(1210)를 나가게 한다.
방사선은 굴절 표면들(s5 및 s2)에 실질적으로 수직하여 제 1 단일체 유리 요소(1210)에 들어가고 나가기 때문에, 카타디옵트릭 광학 시스템은 실질적으로 무색이며, 즉 약 193 내지 1050 나노미터의 스펙트럼 범위를 갖는다.
앞서 설명된 스케터로미터와 같은 메트롤로지 툴은 높은 개구수로 폭넓은 스펙트럼 범위(예를 들어, 약 193 내지 1050 나노미터)에서 작동할 수 있다. 하지만, 이러한 메트롤로지 툴은 유효하게는 더 짧은 스펙트럼 대역(예를 들어, 300 내지 800 nm)을 가질 수 있는데, 이는 메트롤로지 툴에 대한 조명 시스템이 폭넓은 스펙트럼 범위를 제공할 수 없기 때문이다. 이는 조명 시스템 내의 굴절 요소들의 색 제한(chromatic limitation)으로 인한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스케터로미터의 개략적인 도면을 나타낸다. 도 11은 기본적으로 대물렌즈(15)에 방사선을 공급하는 스케터로미터의 조명 시스템을 나타낸다(이는 앞서 설명된 바와 같이, 카타디옵트릭 광학 시스템이거나 이를 포함할 수 있음). 도 11을 참조하면, 조명 시스템은 광학 소스(도시되지 않음)로부터 조명 시스템까지 방사선을 인도하는 조명 섬유(illumination fiber: 1300)를 포함한다. 또한, 조명 시스템은 집광 렌즈(11) 및 릴레이 렌즈(relay lens: 13 및 14)를 포함한다.
조명 시스템이 폭넓은 스펙트럼 범위를 제공할 수 있게 하도록, 높은 NA의 조명 섬유(1300)로부터 광을 효과적으로 수집할 수 있는 입사 NA > 0.05인 색지움 집광 렌즈(achromatic condenser lens: 11)가 제공되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 카타디옵트릭 광학 시스템은 집광 렌즈(11), 이하 카타디옵트릭 집광 렌즈로서 제공된다. 이는 집광 렌즈의 기능을 수행하지만, 무색이고 약 193 내지 1050 nm의 폭넓은 스펙트럼 범위에서 작동한다. 카타디옵트릭 집광 렌즈의 디자인 파라미터들은 최소 중심 차폐를 갖도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 카타디옵트릭 집광 렌즈의 차폐는 대물렌즈(15)의 차폐와 매칭할 수 있다. 예를 들어, 차폐는 대물렌즈(15)에서의 차폐와 동일하거나 이보다 적을 수 있다. 그 경우, 카타디옵트릭 집광 렌즈는 대물렌즈(15)에 의해 제공될 수 있는 것보다 시스템 내에 방사선의 추가적인 손실들을 도입하지 않을 것이다. 일 실시예에서, 차폐는 대물렌즈의 차폐보다 20 %까지 더 많을 수 있다. 일 실시예에서, 차폐는 퓨필 반경으로(by pupil radius) 약 15 % 이하이다. 릴레이 렌즈(13 및 14)는 CaF2 및/또는 SiO2로부터 이중렌즈(doublet)로서 제작될 수 있으며, 대물렌즈의 퓨필 크기 및 카타디옵트릭 집광 렌즈 하류의 조명 필드 크기의 매칭을 제공할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 카타디옵트릭 집광 렌즈(11)를 개략적으로 도시한다. 카타디옵트릭 집광 렌즈(11)는 제 1 투명재 블록(transparent material block: 1310) 및 제 2 투명재 블록(1320)을 포함한다. 제 1 블록(1310) 및 제 2 블록(1320)은 계면(1340)에서 단일 조각으로 제작된 별도의 광학 부분들일 수 있으며, 또는 투명재의 단일체 요소일 수 있다. 제 1 블록(1310) 및/또는 제 2 블록(1320)의 재료는 용융 실리카(fused silica)(SiO2), 플루오르화 칼슘(CaF2) 또는 유리일 수 있다.
제 1 블록(1310)은 구면 거울(1350)을 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 블록(1310)은 구면 거울(1350)을 형성하는 공동(cavity)이 존재하는 출사 표면(output surface: 1360)(예를 들어, 평탄한 표면)을 갖는다. 공동은 예를 들어 은도금될 수 있다. 일 실시예에서, 공동은 재료로 채워질 수 있다. 공동 내의 재료는 제 1 블록(1310)의 재료와 상이할 수 있으며, 이 경우 은도금은 필요하지 않을 수 있다.
제 2 블록(1320)은 반사 표면(1370)을 포함한다. 일 실시예에서, 반사 표면(1370)은 비구면이다. 일 실시예에서, 반사 표면(1370)은 나타낸 바와 같이 제 2 블록(1320)에 내장(embed)될 수 있다. 이는 예를 들어 제 2 블록(1320)의 은도금된 제 1 부분과 표면(1390)을 갖는 제 2 블록(1320)의 부합하는(conforming) 제 2 부분을 접촉시킴으로써 생성될 수 있다. 제 2 블록(1320)의 제 2 부분은 제 2 블록(1320)의 제 1 부분과 상이한 재료로 구성될 수 있으며, 이 경우 은도금은 필요하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 표면(1390)은 반사 표면(1370)일 수 있다.
또한, 제 2 블록(1320)은, 제 2 블록(1320)의 표면(1390)으로부터 제 2 블록(1320) 안으로 연장되는 홀(1380)을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 홀은 원통형이다.
광 섬유(1300)는 제 2 블록(1320)의 홀(1380) 안으로 연장되고, 광 섬유(1300)의 출구(outlet: 1330)에서 끝난다. 일 실시예에서, 출구(1330)는 제 1 블록(1310)과 제 2 블록(1320) 간의 계면(1340)에서 끝난다. 조명 섬유(1300)의 출구(1330)는 입사 조명 소스로서 작용한다. 일 실시예에서, 광 섬유(1300)는 반사 내표면을 갖는 원통형 중공 관을 포함하여, 조명 방사선을 전달한다. 일 실시예에서, 출구(1330)는 거울(1350)와 반사 표면(1370) 사이에 있고, 일 실시예에서는 거의 중간에, 또는 거울(1350)에 더 가까이 있다.
출구(1330)로부터의 방사선은 거울(1350)로부터 반사되고, 제 1 블록(1310) 및 제 2 블록(1320)의 전체 또는 일부분을 통해 전파된 후, 반사 표면(1370)으로부터 반사되어 출사 표면(1360)을 통과하는 시준된 방사선 빔(1400)을 생성한다. 상기 빔이 거울(1350)을 둘러싸고 반사되기 때문에, 상기 빔은(1400)은 중심의 차폐를 갖는다. 일 실시예에서, 출사 표면(1360)은 반사 표면(1370)으로부터의 빔의 방향에 실질적으로 수직이다. 이는 무색 빔(achromatic beam)을 용이하게 한다. 예를 들어, 출사 표면(1360)은 평탄하다.
카타디옵트릭 집광 렌즈의 예시적인 광학 처방(optical prescription)이 아래의 표 1에 나타내어진다.
Figure 112011047069710-pat00001
도 12 및 표 1에 설명되고 나타낸 디자인은 대물렌즈(15)에서의 차폐에 매칭하는 약 ~15 %의 중심 차폐를 갖는다. 디자인 파라미터들은 (예를 들어, 섬유 직경, 대물렌즈 퓨필 크기, 릴레이 시스템의 배율 등에 따라) 특정한 메트롤로지 툴의 패키징 요구들을 충족시키도록 크기를 변경(scale)하거나 수정될 수 있다.
일 실시예에서, 반사 표면(1350)과 반사 표면(1370) 사이, 및 적어도 반사 표면(1350) 또는 반사 표면(1370)의 외측 측면 경계부(outer lateral boundary) 내의 공간이 가스(예를 들어, 공기 또는 질소) 또는 액체로 채워질 수 있으며, 조명 섬유(1300)는 가스 또는 액체에 의해 둘러싸인 중공 장착 관의 내부에 끼워진다. 상기 관은 반사 표면(1370)의 중심에 연결되며, 적어도 반사 표면(1350)과 반사 표면(1370) 사이의 가스 또는 액체 안으로 연장된다. 변형예에서, 장착 관은 반사 내표면을 가질 수 있으며, 조명 섬유(1300)는 도 13을 참조하여 아래에서 유사하게 설명되는 바와 같이 관의 입구에서 끝난다. 방사선은 관에 들어가고, 내표면으로부터 반사되며, 출구(1330)로부터 출사할 것이다.
일 실시예에서, 도 12와 매우 유사한 도 13을 참조하면, 광 섬유(1300)는 홀(1380)로부터 제거되고, 이는 제 2 블록(1320)의 재료보다 더 높은 굴절률을 갖는 광학 매질(예를 들어, 유리 또는 액체와 같은 투명재)로 채워진다. 출구(1330)는 홀(1380)의 방사선 출구에 인접하거나 이와 접촉한다. 따라서, 홀(1380)은 지점(1410)으로 조명 방사선을 전달하는 도파관(wave guide)으로서 작용한다.
결론
스케터로미터와 같은 메트롤로지 툴을 위한 카타디옵트릭 광학 시스템들이 설명되었다. 이상, 본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 예시의 방식으로만 제시되었으며 제한하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 당업자라면, 본 발명의 범위와 기술사상을 벗어나지 않고 본 명세서의 형태 및 세부사항의 다양한 변화들이 행해질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 일 실시예의 1 이상의 특징은 본 명세서에 설명된 또 다른 실시예의 1 이상의 특징으로 대체되거나 이와 조합될 수 있다. 예를 들어, 대물렌즈(15)에 대해 앞서 설명된 카타디옵트릭 광학 시스템이 시준된 빔을 출사하도록 적절히 수정되어 조명 시스템에서 사용될 수 있다.
당업자라면, 감지 및 정렬 부문들에 포함된 광학기 또는 그 제작 공정을 더 우수하게 따르기 위해, 앞서 설명된 실시예들을 수정하고 다시 최적화할 수 있다. 예를 들어, (도 5, 도 6, 도 7 및 도 12 각각의) 구면 볼록 거울(616, 716, 816 및 1350)은 오목 또는 비구면 거울로 교체될 수 있다. 당업자라면, 앞서 설명된 실시예들의 이 변형예들, 또는 다른 변형예들을 명백히 알 것이며, 이는 본 발명의 기술사상 및 범위 내에서 있도록 의도된다.
또한, 기재내용은 발명자(들)에 의해 고려된대로, 본 발명의 모두가 아닌 1 이상의 예시적인 실시예를 설명한 것일 수 있으므로, 어떠한 방식으로도 본 발명 및 첨부된 청구항을 제한하려고 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (15)

  1. 메트롤로지 툴(metrology tool)에 있어서:
    표면으로 방사선을 전달하고, 상기 표면에 의해 전향된 방사선을 수용하는 대물렌즈(objective);
    상기 대물렌즈로부터 상기 전향된 방사선을 수용하는 검출기; 및
    상기 대물렌즈로 전향을 위한 상기 방사선을 전달하는 조명 시스템
    을 포함하고, 상기 조명 시스템은 카타디옵트릭 집광 렌즈를 포함하고, 상기 카타디옵트릭 집광 렌즈는:
    방사선을 반사시키도록 위치되고 구성된 제 1 반사 표면;
    상기 제 1 반사 표면으로부터 반사된 방사선을 시준된 빔(collimated beam)으로서 반사시키도록 위치되고 구성된 제 2 반사 표면- 상기 제 2 반사 표면은 상기 제 2 반사 표면을 통해 방사선의 투과를 허용하는 어퍼처(aperture)를 가짐 -; 및
    상기 제 1 반사 표면에 방사선을 공급하기 위해 상기 제 1 반사 표면과 상기 제 2 반사 표면 사이에, 출구(outlet)를 갖고 상기 제 1 반사 표면을 향해 상기 어퍼처로부터 연장되는 채널 구조체
    를 포함하고, 상기 카타디옵트릭 집광 렌즈의 차폐는 상기 대물렌즈의 차폐와 매칭하도록 구성되는 메트롤로지 툴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 대물렌즈 카타디옵트릭 광학 시스템을 포함하는 메트롤로지 툴.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메트롤로지 툴은 스케터로미터(scatterometer)인 메트롤로지 툴.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반사 표면은 제 1 솔리드 투과 요소부(solid transmissive element part)의 표면을 형성하거나 그 위에 있고, 상기 채널 구조체는 상기 제 1 솔리드 투과 요소부를 통하는 채널 어퍼처를 포함하는 메트롤로지 툴.
  6. 제 1 항에 있어서,
    193 내지 1050 나노미터의 범위로부터 방사선의 모든 파장들을 투과시키도록 구성된 메트롤로지 툴.
  7. 제 1 항에 있어서,
    퓨필 반경에 의해 상기 방사선의 15 % 이하를 차폐(obscure)하도록 구성된 메트롤로지 툴.
  8. 대물렌즈에 방사선을 전송하도록 구성된 카타디옵트릭 집광 렌즈에 있어서:
    방사선을 반사시키도록 위치되고 구성된 제 1 반사 표면;
    상기 제 1 반사 표면으로부터 반사된 방사선을 시준된 빔으로서 반사시키도록 위치되고 구성된 제 2 반사 표면- 상기 제 2 반사 표면은 상기 제 2 반사 표면을 통해 방사선의 투과를 허용하는 어퍼처를 가짐 -; 및
    상기 제 1 반사 표면에 방사선을 공급하기 위해 상기 제 1 반사 표면과 상기 제 2 반사 표면 사이에, 출구를 갖고 상기 제 1 반사 표면을 향해 상기 어퍼처로부터 연장되는 채널 구조체
    를 포함하고, 상기 카타디옵트릭 집광 렌즈의 차폐는 상기 대물렌즈의 차폐와 매칭하도록 구성되는 카타디옵트릭 집광 렌즈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 반사 표면은 제 1 솔리드 투과 요소부의 표면을 형성하거나 그 위에 있는 카타디옵트릭 집광 렌즈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 반사 표면은, 상기 제 1 솔리드 투과 요소부에 인접한 제 2 솔리드 투과 요소부의 표면을 형성하거나 그 위에 있는 카타디옵트릭 집광 렌즈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 채널 구조체는 상기 제 1 솔리드 투과 요소부를 통하는 채널 어퍼처를 포함하는 카타디옵트릭 집광 렌즈.
  12. 제 8 항에 있어서,
    유체가 상기 채널 구조체를 둘러싸고, 상기 제 1 및 제 2 반사 표면들 사이에서 연장되며, 적어도 상기 제 1 반사 표면 또는 상기 제 2 반사 표면의 외측 측면 경계부(outer lateral boundary) 내에 위치되는 카타디옵트릭 집광 렌즈.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 채널 구조체를 형성하거나, 그 안에서 연장되는 광 섬유를 더 포함하는 카타디옵트릭 집광 렌즈.
  14. 삭제
  15. 메트롤로지 방법에 있어서:
    대물렌즈를 이용하여 표면에 방사선을 전달하는 단계;
    상기 대물렌즈를 이용하여 상기 표면에 의해 전향된 방사선을 수용하는 단계;
    상기 대물렌즈로부터의 상기 전향된 방사선을 이용하여 상기 표면의 파라미터를 검출하는 단계; 및
    카타디옵트릭 집광 렌즈를 이용하여 상기 대물렌즈로 전향을 위한 상기 방사선을 전달하는 단계
    를 포함하고, 상기 방사선을 전달하는 단계는:
    상기 카타디옵트릭 집광 렌즈의 제 1 반사 표면을 이용하여 방사선을 반사시키는 단계; 및
    시준된 빔을 형성하기 위해 제 2 반사 표면을 이용하여 상기 제 1 반사 표면으로부터 반사된 방사선을 반사시키는 단계를 포함하고, 상기 제 2 반사 표면은 상기 제 2 반사 표면을 통해 방사선의 투과를 허용하는 어퍼처를 가지며,
    채널 구조체가 상기 제 1 반사 표면에 방사선을 공급하기 위해 상기 제 1 반사 표면과 상기 제 2 반사 표면 사이에서, 출구를 갖고 상기 제 1 반사 표면을 향해 상기 어퍼처로부터 연장되며,
    상기 카타디옵트릭 집광 렌즈의 차폐는 상기 대물렌즈의 차폐와 매칭하도록 구성되는 메트롤로지 방법.
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