KR102160223B1 - 검사 시스템에서의 포커싱을 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

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에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

기판을 유지하도록 구성되는 기판 홀더; 어퍼처 디바이스; 및 기판 상으로 방사선의 제 1 측정 빔 -제 1 측정 빔은 제 1 세기 분포를 가짐- 을 지향하도록 구성되고, 제 1 측정 빔이 기판 상에 지향되는 동시에 기판 상으로 방사선의 제 2 포커싱 빔 -제 2 포커싱 빔은 제 2 세기 분포를 가짐- 을 지향하도록 구성되는 광학 시스템을 포함하는 검사 장치가 개시되고, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 적어도 기판 및/또는 어퍼처 디바이스에서 제 1 세기 분포와 공간적으로 분리된다.

Description

검사 시스템에서의 포커싱을 위한 디바이스 및 방법
본 출원은 2015년 12월 31일에 출원된 미국 가특허 출원 제 62/273,982호의 우선권을 주장하고, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의한 디바이스들의 제조 시에 이용가능한 검사(예를 들어, 메트롤로지)를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC) 및 다른 디바이스들의 제조 시에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)는 디바이스의 개별층에 대응하는 패턴("디자인 레이아웃")을 포함하거나 제공할 수 있으며, 패터닝 디바이스 상의 패턴을 통해 타겟부를 조사(irradiate)하는 것과 같은 방법들에 의해, 이 패턴이 방사선-감응재("레지스트")층으로 코팅된 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 전사될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 리소그래피 장치에 의해 패턴이 한 번에 한 타겟부씩 연속적으로 전사되는 복수의 인접한 타겟부들을 포함한다. 일 형태의 리소그래피 장치에서, 패턴은 한 타겟부 상으로 한 번에 전사되며; 이러한 장치는 통상적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라 칭해진다. 통상적으로 스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 장치라 칭해지는 대안적인 장치에서는, 투영 빔이 주어진 기준 방향("스캐닝" 방향)으로 패터닝 디바이스에 걸쳐 스캐닝하는 한편, 동시에 이 기준 방향과 평행하게(같은 방향으로 평행하게) 또는 역-평행하게(반대 방향으로 평행하게) 기판이 이동된다. 패터닝 디바이스 상의 패턴의 상이한 부분들이 점진적으로 한 타겟부에 전사된다. 일반적으로, 리소그래피 장치가 배율 인자(Ｍ)(일반적으로 < 1)를 갖기 때문에, 기판이 이동되는 속력(F)은 빔이 패터닝 디바이스를 스캐닝하는 속력의 인자(Ｍ) 배가 될 것이다.
패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사하기에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크(soft bake)와 같은 다양한 과정들을 거칠 수 있다. 노광 이후, 기판은 노광-후 베이크(post-exposure bake: PEB), 현상, 하드 베이크(hard bake) 및 전사된 패턴의 측정/검사와 같은 다른 과정들을 거칠 수 있다. 이러한 일련의 과정들은 디바이스, 예컨대 IC의 개별층을 구성하는 기초로서 사용된다. 그 후, 기판은 에칭, 이온-주입(도핑), 금속화(metallization), 산화, 화학-기계적 연마 등과 같은 다양한 과정들을 거칠 수 있으며, 이는 모두 디바이스의 개별층을 마무리하도록 의도된다. 디바이스에서 여러 층이 요구되는 경우, 각각의 층에 대해 전체 과정 또는 그 변형이 반복된다. 최후에는, 디바이스가 기판 상의 각 타겟부에 존재할 것이다. 그 후, 이 디바이스들은 다이싱(dicing) 또는 소잉(sawing)과 같은 기술에 의해 서로 분리되며, 개개의 디바이스들은 캐리어에 장착되고 핀에 연결되는 등의 단계를 거칠 수 있다.
유의되는 바와 같이, 리소그래피는 IC 및 다른 디바이스들의 제조에 있어서 중심 단계이며, 이때 기판들 상에 형성된 패턴들은 마이크로프로세서, 메모리 칩 등과 같은 디바이스들의 기능 요소들을 정의한다. 또한, 유사한 리소그래피 기술들이 평판 디스플레이(flat panel display), MEMS(micro-electro mechanical systems) 및 다른 디바이스들의 형성에 사용된다.
리소그래피 공정(즉, 통상적으로 레지스트의 현상, 에칭 등과 같은 1 이상의 연계된 처리 단계를 포함할 수 있는 리소그래피 노광을 수반하는 디바이스 또는 다른 구조체를 개발하는 공정)에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성된 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정들을 수행하는 다양한 툴들이 알려져 있으며, 임계 치수(CD)를 측정하는 데 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경 및 오버레이, 즉 기판의 두 층들의 정렬 정확성을 측정하는 특수 툴들을 포함한다.
검사 장치(예를 들어, 메트롤로지 장치)를 사용하여 정확한 측정들(예를 들어, 임계 치수, 오버레이 등)을 얻기 위해, 적어도 기판 상의 타겟 구조체는 검사 장치의 대물렌즈의 초점면에 또는 초점면에 가깝게 위치되어야 한다. 이는, 예를 들어 기판 상의 타겟 구조체가 대물렌즈의 초점면에 또는 초점면에 가깝게 위치될 때까지 대물렌즈의 포커스와 타겟 구조체 간의 상대 위치를 튜닝(tune)함으로써 행해질 수 있다. 이러한 튜닝은 본 명세서에서 기판 또는 타겟 구조체를 포커싱하는 것으로 언급되며, 타겟 구조체에 대해 대물렌즈(및 이에 따른 초점)를 이동시키는 것, 초점을 시프트하기 위해 대물렌즈 내의 광학 요소를 변화시키는 것, 타겟 구조체를 초점에 대해 이동시키는 것, 또는 그로부터 선택되는 여하한의 조합을 포함할 수 있다. 검사 장치에서의 포커싱을 위한 개선된 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 기판 상으로 방사선의 제 1 측정 빔을 지향하는 단계 -제 1 측정 빔은 제 1 세기 분포를 가짐- ; 및 제 1 측정 빔이 기판 상으로 지향되는 동시에 기판 상으로 방사선의 제 2 포커싱 빔을 지향하는 단계 -제 2 포커싱 빔은 제 2 세기 분포를 가짐- 를 포함하는 방법이 제공되고, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 적어도 기판 및/또는 어퍼처 디바이스(aperture device)에서 제 1 세기 분포와 공간적으로 분리된다.
일 실시예에서, 기판을 유지하도록 구성되는 기판 홀더; 어퍼처 디바이스; 및 기판 상으로 방사선의 제 1 측정 빔 -제 1 측정 빔은 제 1 세기 분포를 가짐- 을 지향하도록 구성되고, 제 1 측정 빔이 기판 상에 지향되는 동시에 기판 상으로 방사선의 제 2 포커싱 빔 -제 2 포커싱 빔은 제 2 세기 분포를 가짐- 을 지향하도록 구성되는 광학 시스템을 포함하는 검사 장치가 제공되고, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 적어도 기판 및/또는 어퍼처 디바이스에서 제 1 세기 분포와 공간적으로 분리된다.
첨부된 도면들을 참조하여, 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 실시예들의 특징들 및/또는 장점들이 본 명세서에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 특정한 실시예들에 제한되지 않는다는 것을 유의한다. 본 명세서에서, 실시예들은 단지 예시적인 목적으로만 제시된다. 당업자라면, 본 명세서에 포함되는 교시에 기초하여 추가적인 실시예들을 명백히 알 것이다.
이제 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하는 도면;
도 2는 일 실시예에 따른 리소그래피 셀(lithographic cell) 또는 클러스터(cluster)를 개략적으로 도시하는 도면;
도 3a는 소정 조명 모드들을 제공하는 제 1 쌍의 조명 어퍼처(illumination aperture)들을 이용하여 일 실시예에 따른 타겟들을 측정하는 데 사용되는 다크 필드(dark field) 측정 장치의 개략적인 다이어그램;
도 3b는 주어진 방향의 조명에 대한 타겟의 상세한 회절 스펙트럼을 개략적으로 도시하는 도면;
도 3c는 회절 기반 오버레이 측정들을 위해 측정 장치를 이용함에 있어서 또 다른 조명 모드들을 제공하는 제 2 쌍의 조명 어퍼처들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 3d는 회절 기반 오버레이 측정들을 위해 측정 장치를 이용함에 있어서 또 다른 조명 모드들을 제공하는 제 1 및 제 2 쌍들의 어퍼처들을 조합한 제 3 쌍의 조명 어퍼처들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 4a는 일 형태의 다수 주기적 구조체(예를 들어, 다수 격자) 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽(outline)을 개략적으로 도시하는 도면;
도 4b는 도 3의 장치에서 얻어진 도 4a의 타겟의 이미지를 개략적으로 도시하는 도면;
도 5a는 검사 장치에서 사용될 수 있는 공초점 포커스 센서 시스템(confocal focus sensor system)의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면;
도 5b는 도 5a의 센서 시스템으로부터 발생될 수 있는 포커스 오차 신호들을 개략적으로 예시하는 도면;
도 6은 일 실시예에 따른 검사 장치를 개략적으로 도시하는 도면;
도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d는 상이한 타입들의 조명 어퍼처들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 도 7a 내지 도 7d에 예시된 바와 같은 조명 어퍼처들에 대응하는 상이한 조명 형상들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 9는 다중-코어 광섬유(multi-core fiber) 또는 광섬유 다발(fiber bundle)의 단면을 개략적으로 도시하는 도면;
도 10a 및 도 10b는 도 9에 예시된 바와 같은 다중-코어 광섬유 또는 광섬유 다발을 이용하는 상이한 조명 모드들에 대응하는 2 개의 조명 형상들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d는 포커싱 빔 및 측정 빔의 조합에서의 상이한 조명 형상들을 개략적으로 도시하는 도면;
도 12는 검사 장치의 일루미네이터 내의 다중-코어 광섬유의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면; 및
도 13 및 도 14는 검사 장치의 액시콘 렌즈(axicon lens)들 및/또는 프리즘들을 포함한 빔 성형 광학 요소(beam shaping optical element)의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면이다.
실시예들을 상세히 설명하기에 앞서, 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지체 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 패터닝 디바이스 지지체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 패터닝 디바이스 지지체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 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 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이, 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입, 및 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향들로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 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 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.
일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 및/또는 공간 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 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 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블: MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 2-D 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 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, 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 있음]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 하나보다 많은 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다. 또한, 디바이스 피처들 사이에서 다이들 내에 작은 정렬 마커들이 포함될 수도 있으며, 이 경우 마커들은 인접한 피처들과 상이한 여하한의 이미징 또는 공정 조건들을 필요로 하지 않고, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 정렬 마커들을 검출할 수 있는 정렬 시스템의 일 실시예가 아래에서 더 설명된다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴은 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WTa)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, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WTa)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WTa)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. 또 다른 모드에서, 패터닝 디바이스 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WTa)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WTa)의 매 이동 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.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 2 개의 테이블들(WTa 및 WTb)(예를 들어, 2 개의 기판 테이블들), 및 테이블들이 교환될 수 있는 2 개의 스테이션들 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 갖는 소위 듀얼 스테이지 타입으로 이루어진다. 예를 들어, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 또 다른 기판이 측정 스테이션에서 다른 기판 테이블 상으로 로딩(load)되고 다양한 준비작업 단계들이 수행될 수 있다. 준비작업 단계들은 레벨 센서(LS)를 이용하여 기판의 표면 제어를 매핑(map)하는 단계, 및 정렬 센서(AS)를 이용하여 기판 상의 정렬 마커들의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있고, 두 센서들은 기준 프레임(reference frame: RF)에 의해 지지된다. 위치 센서(IF)가 노광 스테이션뿐 아니라 측정 스테이션에 있는 동안 테이블의 위치를 측정할 수 없는 경우, 두 스테이션들에서 테이블의 위치들이 추적될 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 또 다른 예시로서, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되고 있는 동안, 기판이 없는 또 다른 테이블이 측정 스테이션에서 대기한다(이때, 선택적으로 측정 활동이 발생할 수 있음). 이 다른 테이블은 1 이상의 측정 디바이스를 가지며, 선택적으로 다른 툴들(예를 들어, 세정 장치)을 가질 수 있다. 기판이 노광을 완료한 경우, 기판이 없는 테이블은 예를 들어 측정들을 수행하도록 노광 스테이션으로 이동하고, 기판을 갖는 테이블은 기판이 언로딩되고 또 다른 기판이 로딩되는 위치(예를 들어, 측정 스테이션)로 이동한다. 이 다수-테이블 구성들은 상기 장치의 스루풋을 상당히 증가시킬 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 리소클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성하며, 이는 기판 상에 1 이상의 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층을 증착시키는 1 이상의 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 1 이상의 디벨로퍼(developer: DE), 1 이상의 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 1 이상의 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판을 집어올리고, 상기 기판을 상이한 공정 디바이스들 사이에서 이동시킨 후, 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay: LB)로 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 이러한 디바이스들은, 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어하는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다. 따라서, 스루풋과 처리 효율성을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 1 이상의 속성을 측정하도록 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 또 다른 기판이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 1 이상의 후속한 기판의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 (수율을 개선하도록) 벗겨져서(strip) 재작업(rework)되거나, 버려져서 결점이 있다고 알려진 기판에 노광을 수행하는 것을 회피할 수 있다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결점이 있는 경우, 양호한 타겟부들 상에만 또 다른 노광이 수행될 수 있다. 또 다른 가능성은 오차를 보상하도록 후속한 공정 단계의 세팅을 구성하는 것이며, 예를 들어 트림 에칭 단계(trim etch step)의 시간이 리소그래피 공정 단계로부터 발생하는 기판-대-기판 CD 변동을 보상하도록 조정될 수 있다.
검사 장치는 기판의 1 이상의 속성을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 1 이상의 속성이 층마다 및/또는 기판에 걸쳐 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있으며, 또는 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정들을 가능하게 하기 위해, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 1 이상의 속성을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트 내의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 노광되지 않은 레지스트의 부분 사이에 굴절률에 있어서 매우 작은 차이만 존재하고 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정들을 수행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 측정들은 통상적으로 노광된 기판 상에서 수행되는 제 1 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 노광-후 베이크 단계(PEB) 이후에 수행될 수 있다. 이 단계에서, 레지스트 내의 이미지는 반-잠상(semi-latent)이라고 칭해질 수 있다. 또한, 현상된 레지스트 이미지 - 이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중 하나는 제거되었음 - 의 측정들을 수행하는 것이 가능하고, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후에 수행하는 것이 가능하다. 후자의 가능성은 결점이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 예를 들어 공정 제어를 위해 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.
종래의 스케터로미터에 의해 사용되는 타겟은 비교적 큰, 예를 들어 40㎛×40㎛ (예를 들어, 1 이상의 격자를 포함한) 주기적 구조체 레이아웃을 포함한다. 그 경우, 측정 빔은 흔히 주기적 구조체 레이아웃보다 작은 스폿 크기를 갖는다[즉, 주기적 구조체들 중 1 이상이 스폿으로 완전히 덮이지 않도록 레이아웃이 언더필링(underfill)됨]. 이는 무한한 것으로서 간주될 수 있기 때문에 타겟의 수학적 재구성을 단순화한다. 하지만, 예를 들어 타겟이 스크라이브 레인 내에 있기보다는 제품 피처(product feature)들 사이에 위치될 수 있기 위해, 예를 들어 20㎛×20㎛ 이하까지, 또는 10㎛×10㎛ 이하까지 타겟의 크기가 감소되었다. 이 상황에서, 주기적 구조체 레이아웃은 측정 스폿보다 작게 구성될 수 있다[즉, 주기적 구조체 레이아웃이 오버필링(overfill)됨]. 통상적으로, 이러한 타겟은 (정반사에 대응하는) 0차 회절이 차단되고, 더 높은 차수들만이 처리되는 다크 필드 스케터로메트리를 이용하여 측정된다. 다크 필드 메트롤로지의 예시들은 PCT 특허 출원 공개공보 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있으며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 기술의 추가 개발들이 미국 특허 출원 공개공보 US2011-0027704, US2011-0043791, 및 US2012-0242970에서 설명되었으며, 이들은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 회절 차수들의 다크-필드 검출을 이용한 회절-기반 오버레이는 더 작은 타겟들에 대한 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 기판 상의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 일 실시예에서, 다수 타겟들이 하나의 이미지에서 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 기판 상의 타겟은 현상 이후에 바아(bar)들이 솔리드 레지스트 라인들로 형성되도록 프린트되는 1 이상의 1-D 주기적 격자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타겟은 현상 이후에 1 이상의 격자가 레지스트에서 솔리드 레지스트 필라(pillar)들 또는 비아(via)들로 형성되도록 프린트되는 1 이상의 2-D 주기적 격자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 바아, 필라 또는 비아는 기판 안으로 에칭될 수 있다. 격자의 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PS)의 색수차에 민감하며, 조명 대칭성 및 이러한 수차의 존재가 프린트된 격자의 변동에서 드러날 것이다. 따라서, 프린트된 격자들의 측정된 데이터가 격자들을 재구성하는 데 사용될 수 있다. 프린팅 단계 및/또는 다른 측정 공정들의 정보로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 1-D 격자의 파라미터들, 또는 필라 또는 비아 폭 또는 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 파라미터들이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 공정에 입력될 수 있다.
실시예들에서 사용하기에 적절한 다크 필드 메트롤로지 장치가 도 3a에 도시된다. 도 3b에는 (격자와 같은 주기적 구조체를 포함한) 타겟(T) 및 회절된 광선들이 더 상세히 예시된다. 다크 필드 메트롤로지 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서의 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 수 개의 브랜치들을 갖는 광학 축선이 점선(O)으로 나타내어진다. 이 장치에서, 출력부(11)(예를 들어, 레이저 또는 제논 램프와 같은 소스 또는 소스에 연결된 개구부)에 의해 방출된 방사선이 렌즈들(12, 14) 및 대물렌즈(16)를 포함한 광학 시스템에 의하여 프리즘(15)을 통해 기판(W) 상으로 지향된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 이중 시퀀스(double sequence)로 배치된다. 상이한 렌즈 구성이 여전히 검출기 상에 기판 이미지를 제공하는 것을 전제로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈 구성은 공간-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면의 접근을 허용한다. 그러므로, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (켤레) 퓨필 평면이라고 칭하는 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면 내의 공간 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물렌즈 퓨필 평면의 배면-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈들(12 및 14) 사이에 적절한 형태의 어퍼처 디바이스(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 나타낸 예시에서, 어퍼처 디바이스(13)는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태들을 가지며, 상이한 조명 모드들이 선택되게 한다. 나타낸 예시들에서의 조명 시스템은 오프-액시스(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 디바이스 13N이 단지 설명을 위해 '북'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 디바이스 13S가 유사하지만 '남'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 상이한 어퍼처들을 이용함으로써 다른 조명 모드들이 가능하다. 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어두운데(dark), 이는 바람직한 조명 모드 외의 여하한의 불필요한 방사선이 바람직한 측정 신호들과 간섭할 수 있기 때문이다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 타겟(T)이 대물렌즈(16)의 광학 축선(O)에 실질적으로 수직인 기판(W)과 배치된다. 축선(O)을 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 입사하는 조명 광선(I)은 0차 광선[실선(0)] 및 2 개의 1차 광선들[1점쇄선(+1) 및 2점쇄선(-1)]을 발생시킨다. 오버필링되는 작은 타겟(T)을 이용하면, 이 광선들은 메트롤로지 타겟(T) 및 다른 피처들을 포함한 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선들 중 하나에 불과하다. 디바이스(13) 내의 어퍼처가 (유용한 양의 방사선을 수용하는 데 필요한) 유한 폭을 갖기 때문에, 입사 광선들(I)은 사실상 다양한 각도들을 차지할 것이고, 회절된 광선들(0 및 +1/-1)은 어느 정도 확산(spread out)될 것이다. 작은 타겟의 점확산 함수(point spread function)에 따르면, 각각의 차수 +1 및 -1은 나타낸 바와 같은 단일의 이상적인 광선이 아니라, 다양한 각도들에 걸쳐 더 확산될 것이다. 주기적 구조체 피치 및 조명 각도는, 대물렌즈에 들어가는 1차 광선들이 중심 광학 축선과 밀접하게 정렬되도록 디자인되거나 조정될 수 있다는 것을 유의한다. 도 3a 및 도 3b에 예시된 광선들은 순전히 다이어그램에서 이들이 더 쉽게 구별될 수 있도록 어느 정도 축선을 벗어나 도시된다.
적어도 기판(W) 상의 타겟에 의해 회절된 0차 및 +1차가 대물렌즈(16)에 의해 수집되고, 프리즘(15)을 통해 다시 지향된다. 도 3a로 되돌아가면, 제 1 및 제 2 조명 모드들은 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 어퍼처들을 지정함으로써 예시된다. 입사 광선(I)이 광학 축선의 북쪽으로부터인 경우, 즉 제 1 조명 모드가 어퍼처 디바이스 13N을 이용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절 광선들이 대물렌즈(16)에 들어간다. 대조적으로, 제 2 조명 모드가 어퍼처 디바이스 13S를 이용하여 적용되는 경우, [-1(S)로 표시된] -1 회절 광선들이 렌즈(16)에 들어가는 광선들이다. 따라서, 일 실시예에서는, -1차 및 +1차 회절 세기들을 따로따로 얻기 위해 소정 조건들 하에, 예를 들어 타겟을 회전시키거나 조명 모드를 변화시키거나 이미징 모드를 변화시킨 후 타겟을 두 번 측정함으로써 측정 결과들이 얻어진다. 주어진 타겟에 대해 이 세기들을 비교하는 것이 타겟에서의 비대칭의 측정을 제공하고, 타겟에서의 비대칭이 리소그래피 공정의 파라미터, 예를 들어 오버레이 오차의 지표(indicator)로서 사용될 수 있다. 앞서 설명된 상황에서는, 조명 모드가 변화된다.
빔 스플리터(17)가 회절된 빔들을 2 개의 측정 브랜치들로 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(18)이 0차 및 1차 회절 빔들을 이용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수가 센서 상의 상이한 지점을 타격하여, 이미지 처리가 차수들을 비교하고 대조하도록 할 수 있다. 센서(19)에 의해 포착된 퓨필 평면 이미지는 메트롤로지 장치를 포커싱하고, 및/또는 1차 빔의 세기 측정들을 정규화하는 데 사용될 수 있다. 또한, 퓨필 평면 이미지는 재구성과 같은 많은 측정을 위해 사용될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 상세히 설명되지 않는다.
제 2 측정 브랜치에서는, 광학 시스템(20, 22)이 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 퓨필-평면에 대해 켤레인 평면에 어퍼처 스톱(aperture stop: 21)이 제공된다. 어퍼처 스톱(21)은, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지(DF)가 -1차 또는 +1차 빔으로부터 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서들(19 및 23)에 의해 포착된 이미지들은 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되며, 이들의 기능은 수행되는 측정들의 특정 타입에 의존할 것이다. 본 명세서에서, '이미지'라는 용어는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. 이러한 것으로서 주기적 구조체 피처들(예를 들어, 격자 라인들)의 이미지는 -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에 형성되지 않을 것이다.
도 3에 나타낸 어퍼처 디바이스(13) 및 스톱(21)의 특정 형태들은 순전히 예시들이다. 또 다른 실시예에서, 타겟들의 온-액시스(on-axis) 조명이 사용되고, 오프-액시스 어퍼처를 갖는 어퍼처 스톱이 사용되어, 실질적으로 회절된 방사선의 단 하나의 1차를 센서로 통과시킨다. 다른 실시예들에서, 1차 빔들 대신에, 또는 이에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔들(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.
조명을 이 상이한 타입들의 측정에 적응가능하게 만들기 위해, 어퍼처 디바이스(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 어퍼처 패턴들을 포함할 수 있으며, 이는 회전되어 제 자리에 원하는 패턴을 야기한다. 어퍼처 디바이스 13N 또는 13S는 한 방향으로(셋업에 의존하여 X 또는 Y) 방위지정되는 타겟의 주기적 구조체를 측정하기 위해 사용된다는 것을 유의한다. 직교 주기적 구조체의 측정을 위해서는, 90°및 270°에 걸친 타겟의 회전이 시행될 수 있다. 상이한 어퍼처 디바이스들이 도 3c 및 도 3d에 도시된다. 도 3c는 2 개의 또 다른 타입의 오프-액시스 조명 모드를 예시한다. 도 3c의 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 디바이스 13E가 단지 설명을 위해 앞서 설명된 '북'에 대해 '동'으로 지정된 방향으로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 도 3c의 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 디바이스 13W가 유사하지만 '서'로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 도 3d는 2 개의 또 다른 타입의 오프-액시스 조명 모드를 예시한다. 도 3d의 제 1 조명 모드에서는, 어퍼처 디바이스 13NW가 앞서 설명된 바와 같은 '북' 및 '서'로 지정된 방향들로부터 오프-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서는, 어퍼처 디바이스 13SE가 유사하지만 앞서 설명된 바와 같은 '남' 및 '동'으로 표시된 반대 방향으로부터의 조명을 제공하는 데 사용된다. 이들의 사용, 및 장치의 많은 다른 변형예들 및 적용예들은, 예를 들어 앞서 언급된 사전 공개된 특허 출원 공개공보들에서 설명된다.
도 4a는 기판 상에 형성된 예시적인 복합 메트롤로지 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 함께 밀접하게 위치되는 4 개의 주기적 구조체들(이 경우에는 격자들)(32 내지 35)을 포함한다. 일 실시예에서, 주기적 구조체들은 메트롤로지 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 모두 있도록 충분히 함께 밀접하게 위치된다. 그 경우, 4 개의 주기적 구조체들은 이에 따라 모두 동시에 조명되고, 동시에 센서들(19 및 23) 상에 이미징된다. 오버레이 측정에 관련된 예시에서, 주기적 구조체들(32 내지 35)은 자체로 겹쳐진(overlying) 주기적 구조체들에 의해 형성된 복합 주기적 구조체들(예를 들어, 복합 격자들)이며, 즉 주기적 구조체들은 기판(W) 상에 형성된 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되고, 하나의 층 내의 적어도 하나의 주기적 구조체가 상이한 층 내의 적어도 하나의 주기적 구조체와 겹치도록 한다. 이러한 타겟은 20㎛×20㎛ 또는 16㎛×16㎛ 내의 외측 치수들을 가질 수 있다. 또한, 모든 주기적 구조체들이 특정 쌍의 층들 간의 오버레이를 측정하는 데 사용된다. 타겟이 단일 쌍보다 많은 쌍의 층들을 측정할 수 있게 하기 위해, 주기적 구조체들(32 내지 35)은 상이하게 편향(bias)된 오버레이 오프셋들을 가져, 복합 주기적 구조체들의 상이한 부분들이 형성되는 상이한 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 기판 상의 타겟에 대한 주기적 구조체들이 모두 한 쌍의 층들을 측정하는 데 사용될 것이고, 기판 상의 또 다른 동일한 타겟에 대한 주기적 구조체들이 모두 또 다른 쌍의 층들을 측정하는 데 사용될 것이며, 상이한 편향이 층의 쌍들 간의 구별을 용이하게 한다.
도 4a로 되돌아가면, 주기적 구조체들(32 내지 35)은 나타낸 바와 같이 입사 방사선을 X 및 Y 방향들로 회절시키도록 그 방위가 상이할 수 있다. 일 예시에서, 주기적 구조체들(32 및 34)은 X-방향 주기적 구조체들이며, 각각 +d, -d의 편향들을 갖는다. 주기적 구조체들(33 및 35)은 Y-방향 주기적 구조체들이며, 각각 오프셋들 +d 및 -d를 갖는다. 4 개의 주기적 구조체들이 예시되지만, 또 다른 실시예는 원하는 정확성을 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3 x 3 어레이의 9 개의 복합 주기적 구조체들이 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d 편향들을 가질 수 있다. 이 주기적 구조체들의 개별 이미지들이 센서(23)에 의해 포착되는 이미지에서 식별될 수 있다.
도 4b는 도 3d로부터의 어퍼처 디바이스들(13NW 또는 13SE)을 이용하는 도 3의 장치에서 도 4a의 타겟을 이용하여 센서(23) 상에 형성되고 센서(23)에 의해 검출될 수 있는 이미지의 일 예시를 나타낸다. 센서(19)는 상이한 개별적인 주기적 구조체들(32 내지 35)을 분해할 수 없지만, 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 직사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 이 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)은 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이 안에서, 직사각형 영역들(42 내지 45)은 주기적 구조체들(32 내지 35)의 이미지들을 나타낸다. 주기적 구조체들이 제품 영역들 내에 위치되는 경우, 제품 피처들도 이 이미지 필드의 주변에서 보일 수 있다. 프로세서 및 제어기(PU)가 주기적 구조체들(32 내지 35)의 개별 이미지들(42 내지 45)을 식별하기 위해 패턴 인식을 이용하여 이 이미지들을 처리한다. 이 방식으로, 이미지들은 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬되지 않아도 되며, 이는 전체적으로 측정 장치의 스루풋을 크게 개선한다.
일단 주기적 구조체들의 개별 이미지들이 식별되면, 그 개별적인 이미지들의 세기들은 예를 들어 식별된 영역들 내의 선택된 픽셀 세기 값들을 합산하거나 평균함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기들 및/또는 다른 속성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 리소그래피 공정의 상이한 파라미터들을 측정하도록 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 일 예시이다.
타겟의 측정 정확성 및/또는 감도는 타겟 상에 제공되는 방사선 빔의 1 이상의 특성, 예를 들어 방사선 빔의 파장, 방사선 빔의 편광, 및/또는 방사선 빔의 세기 분포(즉, 각도 또는 공간 세기 분포)에 대해 변동할 수 있다. 일 실시예에서, 방사선 빔의 파장 범위는 일정 범위로부터 선택되는(예를 들어, 약 400 nm 내지 900 nm의 범위로부터 선택되는) 1 이상의 파장에 제한된다. 또한, 방사선 빔의 상이한 편광들의 선택이 제공될 수 있고, 예를 들어 복수의 상이한 어퍼처들을 이용하여 다양한 조명 형상들이 제공될 수 있다.
또한, 정확한 측정들(예를 들어, CD, 오버레이 등의 측정들)을 얻기 위해, 적어도 기판 상의 타겟 구조체는 검사 장치(예를 들어, 메트롤로지 장치)의 대물렌즈의 초점면에 또는 초점면 부근에 위치되어야 한다. 앞서 설명된 바와 같이, 이는 광학 시스템의 초점을 변화시키든지 및/또는 (예를 들어, 기판, 광학 시스템의 적어도 일부분, 또는 둘 모두를 이동시킴으로써) 기판과 초점 간의 상대 이동을 제공하든지, 타겟 구조체를 포커싱함으로써 행해질 수 있다.
일 실시예에서, 포커스 제어를 제공하기 위해, 공초점 광학 시스템을 갖는 포커스 센서 시스템은 검사 장치(예를 들어, 오버레이 및/또는 CD 측정 장치) 및/또는 리소그래피 장치에서 사용될 수 있다. 포커스 센서 시스템은 기판이 포커스에 있을 것을 보장하도록 제어 루프의 일부로서 사용될 수 있는 포커스 오차 신호를 생성할 수 있다. 공초점 광학 시스템을 갖는 포커스 센서 시스템의 예시적인 레이아웃이 도 5a에 도시되어 있다. 시스템에서, 방사선은 입력부(500)(예를 들어, 방사선 소스)에 의해 조명 필드 스톱(505)에 제공된다. 스톱(505)으로부터, 방사선은 콘덴서 렌즈(condenser lens: 510)를 통해 광학 요소(예를 들어, 빔 스플리터)(515)로 전달되고, 이는 빔을 대물렌즈(520)로 지향한다. 방사선은 대물렌즈(520)로부터 기판(525)으로 출력된다. 기판(525)에 의해 전향(redirect)된 방사선은 대물렌즈(520) 및 선택적으로 광학 요소(515)를 통해 검출 브랜치의 빔 스플리터(530)로 전달된다. 빔의 일부는 어퍼처(535)에 제공되고, 또 다른 부분은 어퍼처(540)에 제공된다. 일 실시예에서, 어퍼처들(535, 540)은 예를 들어 각각의 플레이트에 제공된 핀홀 어퍼처들이다. 일 실시예에서, 어퍼처들(535, 540) 중 하나는 다른 어퍼처(535, 540)와 빔 스플리터(530)의 빔 분할 표면으로부터 상이한 거리에 있다. 어퍼처들(535, 540) 각각과 연계되어, 각각의 어퍼처들(535, 540)로부터 방사선의 각 부분을 수용하기 위한 각각의 검출기(545, 550)가 있다. 일 실시예에서, 검출기들은 광 검출기들이다.
일 실시예에서, 도 5a의 시스템은 예를 들어 어퍼처(535) 및 검출기(545)의 조합으로부터의 신호(560), 및 예를 들어 어퍼처(540) 및 검출기(550)의 조합으로부터의 신호(570)를 사용하여 기판에 대한 포커스 오차 신호를 생성한다. 일 실시예에서, 신호(570)는 신호(560)로부터 감산되어, 도 5b에 도시된 바와 같이 기판에 대한 포커스 오차 신호(580)를 생성한다.
검사 장치에서의 이 구성의 문제점은, (검사 장치의 포커스에 기판을 유지시키기 위한) 포커스 스폿이 기판을 검사 또는 측정하기 위해 사용되는 검사 장치의 검사 브랜치에 의해 제공되는 측정 스폿(이 스폿은 도 5에 도시되지 않음)과 오버랩(overlap)될 수 있다는 것이다. 이 오버랩은 포커싱 및 검사 작업들/브랜치들의 동시 작업을 막을 수 있다. 일 실시예에서, 스펙트럼 분리 및 간섭 필터들을 사용함으로써 동시 사용이 얻어질 수 있지만, 이는 검사에 사용될 수 있는 파장 범위들과 같은 1 이상의 추가적인 제한을 야기할 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 예를 들어 측정에서 개선된 정확성 및/또는 감도를 가능하게 하고, 및/또는 검사 장치(예를 들어, 오버레이 및/또는 CD 측정 장치)에 대한 작동의 개선된 스펙트럼 범위를 가능하게 하는 검사 장치를 위한 개선된 포커싱 장치 및/또는 방법이 제공된다.
도 6은 포커싱을 제공하고, 예를 들어 CD, 오버레이 등의 광학적 측정을 제공하도록 구성되는 예시적인 검사 장치(600)(예를 들어, 메트롤로지 장치)를 개략적으로 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 검사 장치(600)는 포커싱 모듈(610), 측정 모듈(650), 부분 반사 광학 요소(660), 대물렌즈(670) 및 기판(680)을 유지하도록 구성되는 기판 홀더(682)를 포함한다.
포커싱 모듈(610), 부분 반사 광학 요소(660), 및 대물렌즈(670)는 집합적으로, 예를 들어 기판(680) 상의 타겟 및/또는 기판(680) 자체가 대물렌즈(670)의 초점면에 또는 그 부근에 위치되는지 여부, 및 초점과 타겟 간의 상대적인 공간 조정, 예를 들어 초점과 타겟 간의 상대적인 공간 조정을 제공하는 방식[예를 들어, 대물렌즈(670)의 이동을 통하는지, 및/또는 기판의 이동을 통하는지 등]을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상대적인 공간 조정은 기판(680) 상의 타겟이 대물렌즈(670)의 초점면에 또는 그 부근에 위치되지 않는 것으로 결정되는 경우에, 동작 거리(685)를 대물렌즈(670)의 초점 길이와 동일하거나 근접하게 만든다.
구체적으로, 타겟이 초점에 또는 그 부근에 있는지의 여부를 결정할 수 있도록, 제 1 입력부(638)[예를 들어, 램프 또는 레이저와 같은 방사선 소스, 또는 방사선 소스에 연결되거나 연결가능한 포커싱 모듈(610)에 대한 입력부]에 의해 방출되는 포커싱 빔(612)이 포커싱 모듈의 조명 경로에서 렌즈(640), 어퍼처 스톱(642), 부분 반사 광학 요소(644), 및 반사 광학 요소(648)를 포함한 광학 시스템에 의해 포커싱 모듈(610)로부터 부분 반사 광학 요소(660)를 향해 지향된다. 제 1 입력부(638)는 렌즈(640)의 초점면에 또는 그 부근에 위치되어, 제 1 입력부(638)에 의해 방출된 방사선이 도 6에 도시된 바와 같이 방사선의 평행 빔(collimated beam)으로 전환될 수 있도록 한다. 어퍼처 스톱(642)은, 예를 들어 어퍼처 스톱(642)의 어퍼처 폭을 조정함으로써 부분 반사 광학 요소(644)를 향해 투과되는 방사선의 평행 빔의 양을 제어하도록 구성된다. 또한, 포커싱 빔(612)은 반사 광학 요소(648), 부분 반사 광학 요소(660) 및 대물렌즈(670)에 의해 기판(680) 상의 타겟을 향해 지향되고, 후속하여 예를 들어 기판(680) 상의 타겟에 의해 전향(예를 들어, 회절, 반사 등)된다.
전향된 포커싱 빔은 대물렌즈(670)에 의해 수집되고, 예를 들어 부분 반사 광학 요소(660)에 의해 포커싱 모듈(610)을 향해 다시 지향된다. 구체적으로, 전향된 포커싱 빔(614)[즉, 빔(635)]의 적어도 일부가 대물렌즈(670), 부분 반사 광학 요소(660), 반사 광학 요소(648), 부분 반사 광학 요소(644), 반사 광학 요소(636), 및 어퍼처 스톱(634)[어퍼처 스톱(642)과 유사함]에 의해 빔 스플리터(632)로, 계속해서 포커싱 모듈의 검출 경로에서 지향된다. 빔 스플리터(632)는 빔(635)을 바람직하게는 실질적으로 동일한 세기들을 갖는 제 1 포커싱 빔 부분(631)과 제 2 포커싱 빔 부분(633)으로 분할한다. 또한, 빔 스플리터(632)는 제 1 포커싱 빔 부분(631)을 제 1 검출 브랜치로 지향하고, 제 2 포커싱 빔 부분(633)을 제 2 검출 브랜치로 지향한다.
제 1 검출 브랜치에서, 제 1 포커싱 빔 부분(631)은 반사 광학 요소(630), 렌즈(627), 및 빔 방향을 따라 렌즈(627)의 이미지 평면 후에 배치된 제 1 어퍼처 디바이스(624)를 포함한 제 1 광학 시스템의 사용을 통해 제 1 검출기(620)로 지향된다. 제 1 검출기(620)는, 예를 들어 제 1 검출기(620)에 의해 검출된 방사선 빔의 세기를 특성화하도록 구성된다. 제 1 검출기(620)에 의해 검출된 방사선 빔의 측정은 프로세서(도시되지 않음)에 더 출력될 수 있다.
제 2 검출 브랜치에서, 제 2 포커싱 빔 부분(633)은 렌즈(628) 및 빔 방향을 따라 렌즈(628)의 이미지 평면 전에 배치된 제 2 어퍼처 디바이스(626)를 포함한 제 2 광학 시스템의 사용을 통해 제 2 검출기(622)로 지향된다. 제 2 검출기(622)는, 예를 들어 제 2 검출기(622)에 의해 검출된 방사선 빔의 세기를 특성화하도록 구성된다. 제 2 검출기(622)에 의해 검출된 방사선 빔의 측정은 프로세서(도시되지 않음)에 더 출력될 수 있다.
일 실시예에서, 포커싱 모듈(610)은 대물렌즈(670)의 초점과 타겟 간의 상대 위치를 결정하기 위해 세기 차이를 사용하며, 본 명세서에서 더 설명될 것이다. 하지만, 포커싱 모듈(610)은 초점과 타겟 간의 상대 위치를 도출하기 위해 상이한 기술, 예컨대 위상 차 등을 이용할 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈(627) 및 제 1 어퍼처 디바이스(624)는 각각 렌즈(628) 및 제 2 어퍼처 디바이스(626)와 실질적으로 유사하다.
제 1 어퍼처 디바이스(624) 및 제 2 어퍼처 디바이스(626)의 어퍼처 형상들은, 예를 들어 제 1 입력부(638)에 의해 생성된 방사선 빔 또는 임의의 형상의 어퍼처 형상과 유사할 수 있다. 하지만, 제 1 어퍼처 디바이스(624) 및 제 2 어퍼처 디바이스(626)의 어퍼처 크기들은, 예를 들어 검출기들(620 및 622)로부터의 응답들을 구별함으로써 포커스 위치 결정을 가능하게 하도록 적절하게 선택되고 위치된다(또한, 예를 들어 타겟이 초점면에 있는 경우의 세기들을 측정함으로써 캘리브레이션된다). 이는 제 1 검출기(620) 및 제 2 검출기(622)에 의해 검출되는 빔들의 세기를 비교함으로써 타겟이 대물렌즈(670)의 초점면에 대략 위치되는지가 결정될 수 있도록 디자인된다. 예를 들어, 두 검출기에서 측정된 동등한 세기들이 타겟이 대물렌즈(670)의 초점면 또는 그 부근에 있음을 나타낼 수 있다. 검출기들(620 및 622) 간의 동일하지 않은 세기는, 포커스 오프셋의 방향 및 양이 신호의 차이에 의해 결정되는 아웃 포커스 조건(out of focus condition)을 나타낸다. 특정한 디포커스 값들이 캘리브레이션에 의해 결정될 수 있다.
제 1 검출기(620) 및 제 2 검출기(622)로부터의 정보를 사용하여 이루어진 결정의 결과로서, 프로세서는 예를 들어 대물렌즈(670)의 위치를 Z 방향으로, 기판 홀더(682)를 Z 방향으로, 또는 그 둘 모두를 시프트함으로써 포커싱을 제공하도록 1 이상의 액추에이터에 명령할 수 있다. 이 포커싱은 프로세서에 의해 결정되는 특정한 양(예를 들어, 캘리브레이션을 통해 얻어지는 특정한 값)에 의해 이루어질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 검출기(620) 및 제 2 검출기(622)에 의해 검출되는 방사선 빔의 세기는 타겟이 대물렌즈(670)의 초점과 실질적으로 일치하는지 여부를 식별하기 위해 모니터링될 수 있다.
측정 모듈(650), 부분 반사 광학 요소(660) 및 대물렌즈(670)는 집합적으로, 예를 들어 CD, 오버레이, 포커스, 도즈 등을 결정하기 위해 기판(680)의 타겟을 측정하도록 구성된다. 구체적으로, 제 2 입력부(662)(예를 들어, 램프 또는 레이저와 같은 방사선 소스, 또는 방사선 소스에 연결되거나 연결가능한 입력부)에 의해 방출되는 측정 빔(652)이 렌즈들(664, 666), 부분 반사 광학 요소(667) 및 렌즈(669)를 포함한 광학 시스템에 의해 측정 모듈(650)로부터 부분 반사 광학 요소(660)를 향해 지향된다. 측정 빔(652)은 부분 반사 광학 요소(660) 및 대물렌즈(670)에 의해 타겟 상으로 더 지향되고, 후속하여 측정 빔(652)으로부터의 방사선이 타겟에 의해 전향된다. 전향된 측정 빔(654)의 적어도 일부는 대물렌즈(670)에 의해 수집되고, 대물렌즈(670), 부분 반사 광학 요소(660), 렌즈(669), 부분 반사 광학 요소(667), 반사 광학 요소(672), 렌즈(674) 및 렌즈(676)를 통해 검출기(678)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)를 향해 지향된다. 렌즈들(674 및 676)은 4F 구성의 이중 시퀀스로 배치된다. 상이한 렌즈 구성이 여전히 검출기(678) 상에 타겟의 방사선을 제공하는 것을 전제로 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 포커싱 모듈(610) 및 측정 모듈(650)은 동시에 작동할 수 있다. 즉, 어느 한 시점에, 포커싱 빔(612) 및 측정 빔(652)이 둘 다 기판(680) 상에 입사한다. 유리하게는, 대물렌즈(670)의 초점과 기판(680) 상의 타겟 간의 상대 위치는 기판(680)이 대물렌즈(670)의 초점면의 특정한 범위 내에 있지 않을 때마다 실시간으로 자동 조정될 수 있다.
하지만, 전향된 포커싱 빔(614)의 부분에 추가하여, 전향된 측정 빔(656)의 일부분이 부분 반사 광학 요소(660)에 의해 전향된 측정 빔으로부터 분할될 수 있고, 제 1 검출기(620) 및 제 2 검출기(622)에서의 검출을 위해 포커싱 모듈로 더 지향될 수 있다. 전향된 측정 빔의 일부분의 제 1 검출기(620) 및/또는 제 2 검출기(622)로의 누출은 포커싱의 정확성 및/또는 감도에 악영향을 미친다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전향된 포커싱 빔(616)의 일부분이 부분 반사 광학 요소(660)에 의해 전향된 포커싱 빔으로부터 분할될 수 있고, 검출기(678)에서의 검출을 위해 측정 모듈로 더 지향될 수 있다. 따라서, 전향된 포커싱 빔의 검출기(678)로의 누출은 측정의 정확성 및/또는 감도에 악영향을 미친다.
이 문제에 대한 해결책은 전향된 포커싱 빔과 전향된 측정 빔을 스펙트럼적으로 분리함으로써 구현된다. 이는 상이한 파장들 및/또는 오버랩되지 않는 스펙트럼 대역폭들을 갖는 포커싱 및 측정 빔들을 채택함으로써 행해질 수 있다. 따라서, 측정 빔의 파장 및/또는 대역폭에 대응하는 1 이상의 노치 필터(notch filter)가 포커싱 모듈(610)에 [예를 들어, 부분 반사 광학 요소(644)와 반사 광학 요소(636) 사이에] 삽입되어, 전향된 측정 빔(656)의 부분을 차단할 수 있다. 유사하게, 포커싱 빔의 파장 및/또는 대역폭에 대응하는 1 이상의 노치 필터가 측정 모듈(650)에 [예를 들어, 부분 반사 광학 요소(667)와 반사 광학 요소(672) 사이에] 삽입되어, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분을 차단할 수 있다.
하지만, 측정 및 포커싱 빔들의 파장들 및/또는 대역폭들이 오버랩되지 않기 때문에, 포커싱 및 측정 빔들의 파장들 및/또는 대역폭들의 선택이 제한된다. 또한, 측정 빔과 포커싱 빔의 상이한 조합들이 요구되는 경우, 필터를 스위칭함에 있어서 지연이 존재할 것이고(예를 들어, 노치 필터의 파장 및/또는 대역폭을 스위칭하는 시간이 500 밀리초만큼 느릴 수 있음), 이로 인해 스루풋이 제한된다. 그리고, 노치 필터는 제작이 어렵고, 및/또는 비용이 많이 들 수 있다. 그러므로, 전향된 포커싱 및 측정 빔들을 분리하는 효과적인 접근법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전향된 포커싱 빔 및 전향된 측정 빔은 포커싱 빔(612) 및 측정 빔(652)이 각각의 빔 스폿의 대부분보다 적게 오버랩되거나 오버랩되지 않도록 포커싱 빔(612) 및 측정 빔(652)에 적절한 조명 형상들을 제공함으로써 공간적으로 분리될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어 어퍼처 디바이스들(624 및 626)에 적절한 어퍼처 형상들을 제공함으로써, 전향된 측정 빔(656)의 부분은 포커싱 모듈(610)에서 검출기들(620 및 622)에 도달하는 것이 방지될 수 있다. 유사하게, 추가적으로 또는 대안적으로, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분은, 예를 들어 (도 6에 도시된 바와 같은) 어퍼처 디바이스(668)에 적절한 어퍼처 형상을 제공함으로써 측정 모듈(650)에서 검출기(678)에 도달하는 것이 방지될 수 있다.
일 실시예에서, 포커싱 빔에는 방사선이 오프-액시스[예를 들어, 환형, 다이폴(dipole), 쿼드러폴(quadrupole) 등]이도록 세기 분포가 제공되는 한편, 측정 빔에는 포커싱 빔의 전부 또는 대부분이 적어도 타겟/기판 및/또는 어퍼처 디바이스에서 공간적으로 측정 빔 방사선의 외측에 있도록 온-액시스(예를 들어, 원형)인 세기 분포가 제공된다. 일 실시예에서, 측정 빔에는 방사선이 오프-액시스(예를 들어, 환형, 다이폴, 쿼드러폴 등)이도록 세기 분포가 제공되는 한편, 포커싱 빔에는 측정 빔의 전부 또는 대부분이 적어도 타겟/기판 및/또는 어퍼처 디바이스에서 공간적으로 포커싱 빔 방사선의 외측에 있도록 온-액시스(예를 들어, 원형)인 세기 분포가 제공된다.
도 6을 다시 참조하면, 일 실시예에서, 제 1 입력부(638) 및/또는 제 2 입력부(662)는 방사선에 원하는 세기 분포를 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 원하는 세기 분포를 제공하도록 방사선을 전향하기 위해 측정 빔 및/또는 포커싱 빔의 경로에 빔 성형 광학 요소[예를 들어, 회절 광학 요소, 액시콘(쌍), 공간 광 변조기, 웨지 피라미드(wedge pyramid) 등]가 제공될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 원하는 공간 세기 분포를 정의하는 어퍼처를 제공하기 위해 측정 빔 및/또는 포커싱 빔의 경로에 어퍼처 디바이스(예를 들어, 개구부를 갖는 플레이트, 광학 경로에서 원하지 않는 방사선을 차단/반사시킴으로써 개구부를 효과적으로 제공하는 공간 광 변조기, 광학 경로에서 원하지 않는 방사선을 차단/반사시키는 액정 요소 등)가 제공될 수 있다. 유사하게, 일 실시예에서, 전향된 측정 빔(656)의 부분이 포커싱 모듈(610)에서 검출기들(620, 622)에 도달하는 것을 방지하기 위해 빔 성형 광학 요소 및/또는 어퍼처 디바이스가 제공될 수 있다. 유사하게, 추가적으로 또는 대안적으로, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분이 빔 성형 광학 요소 및/또는 어퍼처 디바이스를 이용하여 측정 모듈(650)에서 검출기(678)에 도달하는 것이 방지될 수 있다. 또한, 원하는 세기 분포에 도달하고 및/또는 방사선이 검출기들에 도달하는 것을 방지하기 위해 디바이스들의 상이한 조합들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 빔 성형 광학 요소가 원하는 세기 분포를 제공할 수 있는 한편, 어퍼처 디바이스가 방사선이 검출기들에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 일 실시예에서, 원하는 세기 분포(조명 형상이라고도 함)를 생성하기 위해 어퍼처 디바이스가 제공된다. 포커싱 빔을 위한 어퍼처 디바이스는 입력부(638)(예를 들어, 광섬유), 필드 평면[예를 들어, 입력부(638)]에 제공된 어퍼처 디바이스, 또는 (예를 들어, 각도 성형 디바이스의 형태인) 어퍼처 디바이스(642)일 수 있다. 측정 빔을 위한 어퍼처 디바이스는 어퍼처 디바이스(668)일 수 있다. 어퍼처 디바이스는 조명 형상(들)을 정의하는 1 이상의 개구부를 갖는 플레이트일 수 있다. 예를 들어, 어퍼처 플레이트는 복수의 개구부들을 포함할 수 있으며, 각각의 개구부는 상이한 조명 형상을 정의하고, 플레이트는 이동가능(예를 들어, 회전가능)하여 상이한 개구부들이 적용가능한 빔 경로에 배치될 수 있도록 한다. 일 실시예에서, 복수의 어퍼처 플레이트들이 제공되고, 적용가능한 방사선의 경로 안팎에 배치될 수 있다. 어퍼처 디바이스의 다른 형태들로는 광학 경로에서 원하지 않는 방사선을 차단/반사시킴으로써 조명 개구부를 효과적으로 제공하는 공간 광 변조기, 광학 경로에서 원하지 않는 방사선을 차단/반사시키는 액정 요소 등을 포함할 수 있다. 어퍼처 디바이스의 조명 개구부들의 다양한 실시예들이 도 7a 내지 도 7d에 예시되며, 도 7a에 나타낸 바와 같은 모노폴(monopole) 조명 개구부, 도 7b에 나타낸 바와 같은 환형 링(annular ring) 조명 개구부, 도 7c에 나타낸 바와 같은 다이폴 조명 개구부, 및 도 7d에 나타낸 바와 같은 쿼드러폴 조명 개구부를 포함한다. 도 7a 내지 도 7d의 조명 개구부들에 의해 생성되는 방사선 빔의 대응하는 조명 형상들은 도 8a 내지 도 8d에 도시되어 있다(여기서, 편의상 및 도 7과 구별하기 위해, 조명은 흰색 배경에 어둡게 예시되지만, 실제로 광학 경로는 밝은 조명으로 어두울 가능성이 있음). 도 8a에 도시된 바와 같은 모노폴 조명 형상은 때로는 온-액시스 조명이라고 칭해진다. 도 8b 내지 도 8d에 도시된 바와 같은 다른 3 개의 조명 형상들은 때로는 오프-액시스 조명이라고 칭해진다. 도 7a 내지 7d에는 조명 개구부들의 단 4 개의 예시들만이 도시되어 있지만, 다른 적절한 조명 개구부들이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 빔 성형 요소는 포커싱 빔 및/또는 측정 빔의 광학 경로에 제공된다. 일 실시예에서, 예를 들어 빔 성형 요소는 (예를 들어, 포커싱 및/또는 측정 빔에 대한 원하는 조명 형상을 생성하기 위해) 온-액시스 조명 형상을 오프-액시스 조명 형상으로(또는 그 역으로) 전환하는 것과 같이, 방사선을 하나의 세기 분포로부터 상이한 원하는 세기 분포로 전환하거나, 또는 (예를 들어, 어퍼처 디바이스와 조합되어 사용되는 경우에 방사선이 검출기에 도달하는 것을 방지하기 위해) 오프-액시스 방사선이 온-액시스로 놓이고 온-액시스 방사선이 오프-액시스로 놓이도록(또는 그 역으로) 방사선의 형상을 반전시키도록 효과적으로 구성된다. 일 실시예에서, 빔 성형 요소는 방사선이 빔 성형 요소를 역방향으로 통과하는 경우에 여하한의 오프-액시스 방사선을 온-액시스 방사선으로 전환하고 여하한의 온-액시스 방사선을 오프-액시스 방사선으로(또는 그 역으로) 더 전환할 수 있도록 광학 경로 내에 위치된다. 빔 성형 요소가 조명 세기 분포의 역방향으로의 전환을 제공하지 않는 경우, 빔 성형 요소는 통상적으로 측정 빔에 대해 입력부(662)와 요소(667) 사이에, 및/또는 포커싱 빔에 대해 입력부(638)와 요소(644) 사이에 위치될 것이다. 빔 성형 요소가 역방향으로의 방사선 세기 분포의 전환을 제공하는 경우, 빔 성형 요소는 통상적으로 측정 빔에 대해 검출기(678)와 요소(660) 사이의 광학 경로에, 및/또는 포커싱 빔에 대해 어퍼처 디바이스들(624, 626)과 요소(660)[예를 들어, 빔 성형 요소(646)] 사이의 광학 경로에 위치될 것이다. 일 실시예에서, 빔 성형 요소는 퓨필 평면 또는 그 광학적 켤레 평면에, 또는 그 부근에 위치한다.
빔 성형 요소는, 예를 들어 회절 광학 요소, 액시콘, 공간 광 변조기 등의 형태일 수 있다. 일 실시예에서, 빔 성형 요소는 제 1 방향에서 온-액시스 방사선 형상을 링 형상(예를 들어, 도 8b)으로 전환하도록 구성되는 액시콘 렌즈를 포함한다. 선택적으로, 액시콘 렌즈는 역방향에서 링 형상을 온-액시스 조명 형상으로 전환하도록 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 빔 성형 요소는 제 1 방향에서 온-액시스 조명 형상을 조정가능한 반경을 갖는 링 형상(예를 들어, 도 8b)으로 전환하도록 구성되는 한 쌍의 액시콘 렌즈들을 포함한다. 액시콘 렌즈 쌍 사이의 거리를 튜닝함으로써, 링의 반경이 변화될 수 있다. 선택적으로, 액시콘 렌즈 쌍은 역방향에서 링 형상을 온-액시스 조명 형상으로 전환하도록 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 빔 성형 요소는 제 1 방향에서 온-액시스 조명 형상을 다수-스폿 형상(예를 들어, 피라미드형 프리즘 또는 4 개의 웨지들에 대해 도 8d에 도시된 바와 같은 4 개의 스폿 형상, 2 개의 에지에 대해 도 8c에 도시된 바와 같은 2 개의 스폿 형상)으로 전환하도록 구성되는 1 이상의 프리즘(예를 들어, 피라미드형 프리즘, 2 이상의 웨지)을 포함한다. 선택적으로, 1 이상의 프리즘들은 역방향에서 다수-스폿 형상을 온-액시스 조명 형상으로 전환하도록 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 입력부(638) 및/또는 제 2 입력부(662)는 도 9에 도시된 바와 같은 다중코어 광섬유(900)를 포함한다. 다중코어 광섬유(900)는 중심의 1 이상의 코어(930), 및 이 예시에서는 육각형을 형성하는 중심 코어(930) 주위의 6 개의 코어(920)를 포함한다. 제 1 조명 모드에서, 중심 코어(930)만이 도 10a에 도시된 바와 같이 방사선을 방출하여(여기서, 편의상 및 도 9와 구별하기 위해, 조명은 흰색 배경에 어둡게 예시되지만, 실제로 광학 경로는 밝은 조명으로 어두울 가능성이 있음), 온-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 주변 코어(920)들 중 1 이상이 도 10b에 도시된 바와 같이 방사선을 방출하여(여기서, 편의상 및 도 9와 구별하기 위해, 조명은 흰색 배경에 어둡게 예시되지만, 실제로 광학 경로는 밝은 조명으로 어두울 가능성이 있음), 오프-액시스 조명을 제공한다. 도 9에는 중심 코어(930) 주위의 6 개의 코어(920)가 도시되어 있지만, 여하한의 적절한 수의 코어(920)가 중심 코어(930) 주위에 제공될 수 있다. 또한, 도 9에는 단일 코어(930)가 도시되어 있지만, 여하한의 적절한 수의 코어(930)가 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 입력부(638) 및/또는 제 2 입력부(662)는 도 9에 도시된 바와 같은 광섬유 다발(900)을 포함한다. 광섬유 다발(900)은 중심에 위치된 1 이상의 광섬유(930), 및 이 예시에서는 육각형을 형성하는 중심 광섬유(930) 주위에 위치된 6 개의 광섬유(920)를 포함한다. 제 1 조명 모드에서, 중심 광섬유(930)만이 도 10a에 도시된 바와 같이 방사선을 방출하여, 온-액시스 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 주변 광섬유들(920) 중 1 이상이 도 10b에 도시된 바와 같이 방사선을 방출하여, 오프-액시스 조명을 제공한다. 도 9에는 중심 광섬유(930) 주위의 단 6 개의 광섬유(920)만이 도시되어 있지만, 여하한의 적절한 수의 광섬유(920)가 중심 광섬유(930) 주위에 제공될 수 있다. 또한, 도 9에는 단일 광섬유(930)가 도시되어 있지만, 여하한의 적절한 수의 광섬유(930)가 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 입력부(638)가 다중코어 광섬유 또는 광섬유 다발을 포함하는 경우, 모든 코어들 또는 광섬유들은 한 번에 방사선을 방출할 수 있다. 변형예에서, 포커싱 빔(612)이 기판(680)에서 측정 빔(652)과 완전히 오버랩되는 경우, 포커싱 빔(612)이 기판(680)에서 측정 빔(652)과 완전히 오버랩되도록 측정 빔(652)이 온-액시스 형상을 가질 때 적어도 1 이상의 내측 코어 또는 광섬유가 방사선을 방출한다. 유사하게, 포커싱 빔(612)이 기판(680)에서 측정 빔(652)과 완전히 오버랩되도록 측정 빔(652)이 오프-액시스 형상을 가질 때 적어도 1 이상의 외측 코어 또는 광섬유가 방사선을 방출한다.
도 6을 다시 참조하면, 일 실시예에서, 포커싱 빔(612)은 예를 들어 중간 이미지 평면 부근의 어퍼처 디바이스(예를 들어, 도 7b, 도 7c 또는 도 7d에 도시된 바와 같은 개구부를 갖고, 예를 들어 646의 위치에 놓인 어퍼처 디바이스)를 사용하거나, 앞서 설명된 바와 같은 다중코어 광섬유 또는 광섬유 다발(900)을 이용하여 제 2 조명 모드로 작동하거나, 또는 빔 성형 요소[예를 들어, 빔 성형 디바이스(646)]를 사용함으로써 (예를 들어, 도 8b 내지 도 8d 또는 도 10b에 도시된 바와 같이) 오프-액시스 조명 형상을 갖는다. 그러므로, 포커싱 빔(612)은 도 8b 내지 도 8d 또는 도 10b에 도시된 바와 같은 조명 형상 중 하나와 유사한 조명 형상을 가질 수 있다. 따라서, 측정 빔(652)은 예를 들어 어퍼처 디바이스[예를 들어,도 7a에 도시된 바와 같은 개구부를 갖고, 예를 들어 어퍼처 디바이스(668)인 어퍼처 디바이스)를 사용하거나, 다중코어 광섬유 또는 광섬유 다발(900)을 이용하여 제 1 조명 모드로 작동하거나, 또는 [예를 들어, 렌즈(669)와 어퍼처 디바이스(668) 사이에 위치된] 빔 성형 요소를 사용함으로써 (예를 들어, 도 8a 또는 도 10a에 도시된 바와 같이) 온-액시스 조명 형상을 갖는다. 결과적으로, 포커싱 빔(612) 및 측정 빔(652)은 집합적으로, 예를 들어 도 11a 내지 도 11d의 조명 형상들 중 하나에 도시된 바와 같이(여기서, 편의상 및 도 10과 구별하기 위해, 조명은 흰색 배경에 어둡게 예시되지만, 실제로 광학 경로는 밝은 조명으로 어두울 가능성이 있음), 공간적으로 분리된 조명 형상을 형성할 수 있다.
유사하게, 이 실시예에서, 전향된 포커싱 빔(614)의 부분 및 전향된 측정 빔(656)의 부분은 집합적으로, 예를 들어 도 11a 내지 도 11d의 조명 형상들 중 하나에 도시된 바와 같이 공간적으로 분리된 조명 형상을 형성할 수 있다. 또한, 전향된 포커싱 빔(614)의 부분 및 전향된 측정 빔(656)의 부분은 둘 다 포커싱 모듈(610)로 지향된다. 어퍼처 개구부 형상이 전향된 측정 빔(656)의 부분을 차단 또는 반사하는 적절한 제 1 어퍼처 디바이스(624) 및 제 2 어퍼처 디바이스(626)(예를 들어, 도 7b 내지 7d의 형상을 갖는 개구부)를 사용함으로써, 전향된 측정 빔(656)의 부분은 포커싱 모듈(610)에서 검출기들(620, 622)에 도달하는 것이 방지된다. 어퍼처 디바이스들(624, 626)은 이후 더 설명되는 바와 같이 빔 성형 요소와 함께 사용될 수 있다.
또한, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분 및 전향된 측정 빔(654)의 부분은 집합적으로 동일한 공간적으로 분리된 조명 형상을 형성할 수 있다. 또한, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분 및 전향된 측정 빔(654)의 부분은 둘 다 측정 모듈(650)로 지향된다. 어퍼처 개구부 형상이 전향된 포커싱 빔(616)의 부분을 차단 또는 반사하는 적절한 어퍼처 디바이스(668)(예를 들어, 도 7a의 형상을 갖는 개구부)를 사용함으로써, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분은 측정 모듈(650)에서 검출기(678)에 도달하는 것이 방지된다. 예를 들어, 어퍼처 디바이스(668)는 전향된 포커싱 빔(616)의 부분이 완전히 차단되는 한편, 전향된 측정 빔(654)의 부분은 차단되지 않도록 적절한 크기를 갖는 핀홀일 수 있다. 어퍼처 디바이스(668)는 이후 더 논의되는 바와 같이 빔 성형 요소와 함께 사용될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 어퍼처 디바이스(668)는 렌즈들(666 및 669)의 초점면 또는 그 부근에 제공된다. 하지만, 그 대신 어퍼처 디바이스(668)는 기판(680)으로부터 검출기(678)를 향한 방사선 경로에서 부분 반사 광학 요소(667)와 검출기(678) 사이의 여하한의 적절한 위치에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 어퍼처 디바이스(668)는 중간 이미지 평면 또는 그 광학적 켤레 평면에, 또는 그 부근에 위치된다.
도 6을 다시 참조하면, 일 실시예에서, 포커싱 빔(612)은 예를 들어 어퍼처 디바이스[예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같은 개구부를 갖고, 640과 660 간의 추가적인 지연과 함께, 예를 들어 646의 위치에서 예를 들어 입력부(638)와 요소(660) 사이에 놓인 어퍼처 디바이스]를 사용하거나, 앞서 설명된 바와 같은 다중코어 광섬유 또는 광섬유 다발(900)을 이용하여 제 1 조명 모드로 작동하거나, 또는 빔 성형 요소[예를 들어, 퓨필 평면 또는 광학적 켤레 평면에서의 빔 성형 요소(642)]를 사용함으로써 (예를 들어, 도 8a 또는 도 10a에 도시된 바와 같이) 온-액시스 조명 형상을 갖는다. 유사하게, 측정 빔(652)은 예를 들어 어퍼처 디바이스[예를 들어, 도 7b, 도 7c 또는 도 7d에 도시된 바와 같은 개구부를 갖는 어퍼처 디바이스(668)]를 사용하거나, 다중코어 광섬유(900) 또는 광섬유 다발(900)을 이용하여 제 2 조명 모드로 작동하거나, 또는 [예를 들어, 렌즈(669)와 입력부(662) 사이에 위치된] 빔 성형 요소를 사용함으로써 (예를 들어, 도 8b 내지 도 8d 또는 도 10b에 도시된 바와 같이) 오프-액시스 조명 형상을 갖는다. 결과적으로, 포커싱 빔(612) 및 측정 빔(652)은 집합적으로, 예를 들어 도 11a 내지 도 11d의 조명 형상들 중 하나에 도시된 바와 같이 공간적으로 분리된 조명 형상을 형성할 수 있다.
유사하게, 이 실시예에서, 전향된 포커싱 빔(614)의 부분 및 전향된 측정 빔(656)의 부분은 집합적으로, 예를 들어 도 11a 내지 도 11d의 조명 형상 중 하나에 도시된 바와 같이 공간적으로 분리된 조명 형상을 형성할 수 있다. 또한, 전향된 포커싱 빔(614)의 부분 및 전향된 측정 빔(656)의 부분은 포커싱 모듈(610)로 지향된다. 어퍼처 개구부 형상이 전향된 측정 빔(656)의 부분을 차단 또는 반사하는 적절한 제 1 어퍼처 디바이스(624) 및 제 2 어퍼처 디바이스(626)(예를 들어, 도 7a의 형상을 갖는 개구부)를 사용함으로써, 전향된 측정 빔(656)의 부분은 포커싱 모듈(610)에서 검출기들(620, 622)에 도달하는 것이 방지된다. 어퍼처 디바이스들(624, 626)은 이후 더 논의되는 바와 같이 빔 성형 요소와 함께 사용될 수 있다.
또한, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분 및 전향된 측정 빔(654)의 부분은 집합적으로 동일한 공간적으로 분리된 조명 형상을 형성할 수 있다. 또한, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분 및 전향된 측정 빔(654)의 부분은 둘 다 측정 모듈(650)로 지향된다. 어퍼처 개구부 형상이 전향된 포커싱 빔(616)의 부분을 차단 또는 반사하는 적절한 어퍼처 디바이스(668)(예를 들어, 도 7b 내지 도 7d의 형상을 갖는 개구부)를 사용함으로써, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분은 측정 모듈(650)에서 검출기(678)에 도달하는 것이 방지된다. 예를 들어, 어퍼처 디바이스(668)는 전향된 포커싱 빔(616)의 부분이 완전히 차단되는 한편, 전향된 측정 빔(654)의 부분은 차단되지 않도록 적절한 크기를 갖는 링 또는 복수의 오프-액시스 개구부들일 수 있다. 어퍼처 디바이스(668)는 이후 더 논의되는 바와 같이 빔 성형 요소와 함께 사용될 수 있다.
이해하는 바와 같이, 어퍼처 디바이스들은 빔 경로들의 다른 부분들에 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 포커싱 모듈(610)에서 또는 포커싱 모듈(610)에 대해 측정 빔 부분을 차단하는 어퍼처 디바이스가, 요소(644)와 입력부(638) 사이의 경로 이외에, 사실상 요소(660)로부터 검출기들(620, 622)까지의 경로 내 어디에나 위치될 수 있다. 바람직하게는, 어퍼처 디바이스들(624 및 626)은 포커스 측정을 위해 사용되기 때문에 측정 방사선을 차단하는 데 사용된다. 하지만, 측정 빔을 차단하도록 디자인되지 않은 어퍼처 디바이스들(624, 626)에 대한 어퍼처 개구부를 제공하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우 또 다른 어퍼처 디바이스가 검출기들(620, 622)에 대해 측정 방사선을 차단하도록 제공된다. 유사하게, 추가적인 어퍼처 디바이스가 어퍼처 디바이스(668) 이외에 사용될 수 있고, 유사하게 어퍼처 디바이스(668)는 요소(667)와 입력부(662) 사이의 경로 이외에, 사실상 요소(660)로부터 검출기(678)까지의 경로 내 어디에나 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 빔 성형 요소(646)는 요소(660)와 요소(644) 사이의 광학 경로 내에 제공된다. 따라서, 빔 성형 요소(646)는 이 실시예에서 기판(680)으로의 방사선의 공급 경로 및 기판(680)으로부터 검출기들(620, 622)을 향하는 방사선의 복귀 경로 모두에 있다. 일 실시예에서, 빔 형성 요소(646)는 부분 반사 광학 요소(644)와 반사 광학 요소(648) 사이에 있다. 또한, 이 실시예에 대해, 포커싱 빔(612)은 오프-액시스 조명 형상을 갖는 한편, 측정 빔(652)은 온-액시스 형상을 가질 것이다. 이해하는 바와 같이, 구성은 역으로 이루어질 수 있다.
따라서, 이 실시예에서, 입력부(638)로부터 빔 성형 요소(646)로의 방사선은 온-액시스 형상[예를 들어, 입력부(638)에 의해 직접 제공되거나, 또는 예를 들어 입력부(638)와 요소(646) 사이의 어퍼처 디바이스에 의해 제공되는 원형]을 갖는다. 그 후, 빔 성형 요소(646)는 그 방사선을 전향하여 오프-액시스 형상(예를 들어, 링 형상 또는 멀티폴 구성)을 형성한다. 그러므로, 포커싱 빔(612)은 기판(680)에 대해 오프-액시스 조명 형상을 갖는다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이, 측정 빔(652)은 온-액시스 조명 형상을 갖는다.
포커싱 빔(612) 및 측정 빔(652)이 기판(680) 상에 입사한 후, 전향된 포커싱 빔(614)의 부분 및 전향된 측정 빔(656)의 부분은 집합적으로, 예를 들어 도 11a 내지 도 11d의 조명 형상들 중 하나에 도시된 바와 같이 공간적으로 분리된 조명 형상을 형성할 수 있다. 또한, 전향된 포커싱 빔(614)의 부분 및 전향된 측정 빔(656)의 부분은 둘 다 포커싱 모듈(610)로 지향되며, 이때 빔 성형 요소(646)는 전향된 포커싱 빔(614)의 부분의 오프-액시스 조명 형상을 온-액시스 조명 형상으로 전환하고, 전향된 측정 빔(656)의 부분의 온-액시스 조명 형상을 오프-액시스 조명 형상으로 전환한다. 어퍼처 개구부가 도 7a에서와 유사한 제 1 어퍼처 디바이스(620) 및 제 2 어퍼처 디바이스(622)를 사용함으로써, 전향된 측정 빔(656)의 부분은 제 1 및 제 2 어퍼처 디바이스들(620, 622)에 의해 검출기들(620, 622)에 도달하는 것이 방지되는 한편, 전향된 포커싱 빔(614)의 온-액시스 부분은 검출기들(620, 622)에 도달한다. 또한, 전향된 포커싱 빔(616)의 부분 및 전향된 측정 빔(654)의 부분은 앞서 설명된 바와 같이 집합적으로 동일한 공간적으로 분리된 조명 형상을 형성할 수 있다. 전향된 포커싱 빔(616)의 부분 및 전향된 측정 빔(654)의 부분은 둘 다 측정 모듈(650)로 지향된다. 어퍼처 개구부가 도 8a에서와 유사한 어퍼처 디바이스(668)를 사용함으로써, (오프-액시스 형상을 갖는) 전향된 포커싱 빔(616)의 부분은 검출기(678)에 도달하는 것이 방지되는 한편, 전향된 측정 빔(654)의 부분은 검출기(678)에 도달한다. 몇몇 예시들에서, 어퍼처 디바이스들(620, 622 및/또는 668)은 적절한 슬릿 또는 개구부 크기들을 갖는 핀홀들일 수 있다. 일 실시예에서, 추가적으로 또는 대안적으로, 빔 성형 요소가 요소(660)와 요소(667) 사이의 광학 경로에 제공되어, 예를 들어 어퍼처 디바이스(668)에서 또는 그 부근에서 측정 빔의 방사선 형상을 변화시킨다.
추가적으로 또는 대안적으로, 어퍼처 디바이스(668)가 부분 반사 광학 요소(667)와 검출기(678) 사이[예를 들어, 반사 광학 요소(672)와 렌즈(674) 사이]의 광학 경로에 배치되는 경우, 제 1 입력부(638) 또는 제 2 입력부(662)는 단독으로 포커싱 빔과 측정 빔으로서 동시에 공간적으로 분리된 방사선 빔들을 제공할 수 있다. 셋업(600)의 나머지는, 예를 들어 제 1 입력부(638)만이 사용되는 경우, 입력부(662), 렌즈들(664, 666) 및 요소(667)가 제거될 수 있음으로써, 또는 제 2 입력부(662)만이 사용되는 경우, 제 1 입력부(638), 렌즈(640), 어퍼처 스톱(642) 및 요소(644)가 제거될 수 있음으로써 더 간단히 구성될 수 있거나, 동일하게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(600)은 각각의 입력부(638, 662)로부터의 방사선으로부터 동시에 포커싱 빔 및 공간적으로 분리된 측정 빔 모두를 생성하기 위해 빔 성형 요소 또는 어퍼처 디바이스를 포함한다. 일 실시예에서, 입력부(638, 662)는 동시에 두 조명 모드로 작동되는 다중-코어 광섬유 또는 광섬유 다발을 포함하며, 이때 내측 코어 또는 광섬유가 측정 빔을 제공할 수 있고, 1 이상의 외측 코어 또는 광섬유가 포커싱 빔을 제공할 수 있다. 이러한 실시예에서, 측정 빔 및 포커싱 빔은 비교적 쉽게 상이한 광학 속성들, 예를 들어 상이한 파장, 상이한 편광 등을 가질 수 있다. 예를 들어, 조합된 빔의 조명 형상은 도 11a 내지 도 11d 또는 여하한의 다른 적절한 형상들과 유사할 수 있으며, 여기서 내측 부분은 측정 빔이고 외측 부분은 포커싱 빔이며, 또는 그 역일 수 있다. 조합된 빔은 기판(680)에 의해 전향되고, 앞서 설명된 바와 같이 포커싱 모듈(610) 및 측정 모듈(650)로 다시 지향된다.
포커스 센서 시스템들의 단순화된 광학적 구조의 예시적인 실시예들이 도 12, 도 13 및 도 14에서 도시된다. 각각의 시스템은 입력 필드 어퍼처(1200), 광학 모듈(1210)[예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 포커스 검출 브랜치 내의 빔 스플리터(632)를 포함함], 광학 모듈(1220)[예를 들어, 도 6에 도시된 요소(660) 및 대물렌즈(670)를 포함함], 기판(1230)[여기에서는 어두운 것으로서 나타내고, 밝은 포커스 스폿(들)으로 조명됨] 및 검출기 어퍼처들(1240)을 갖는다.
도 12의 센서 시스템에서, 입력 필드 어퍼처(1200)는 조명 어퍼처 형성 디바이스의 역할을 하는 광섬유 다발의 형태이다. 도 12의 검출기 어퍼처들(1240)은 입력 필드 어퍼처(1200)로부터의 조명 형상과 동일한 레이아웃을 갖는 것으로 도시되지만, 형상이 동일할 필요는 없다.
도 13의 센서 시스템에서, 입력 필드 어퍼처(1200)는 도시된 개구부를 갖는 플레이트의 형태일 수 있다[하지만, 이해하는 바와 같이, 입력 필드 어퍼처(1200)는 광섬유 다발, SLM 등을 포함하는 상이한 형태들로 이루어질 수 있으며, 어퍼처는 상이한 형상 또는 레이아웃일 수 있음]. 도 13은 입력 필드 어퍼처(1200)에 따라 성형된 방사선을 수용하기 위해 [도 6의 위치(640)에서] 가까운 퓨필 공간에 위치되는 빔 성형 광학 요소(1250)를 더 포함한다. 도 13은 빔 성형 광학 요소(1250)로서 액시콘 렌즈에 대한 기판에서의 예시적인 출력 조명 형상[도 13에서 기판(1230) 상에 도시된 조명 형상], 빔 성형 광학 요소(1250)로서 2 개의 웨지들에 대한 기판에서의 예시적인 출력 조명 형상[도 13에서 기판(1232) 상에 도시된 조명 형상], 및 빔 성형 광학 요소(1250)로서 피라미드형 프리즘에 대한 기판에서의 예시적인 출력 조명 형상[도 13에서 기판(1234) 상에 도시된 조명 형상]을 나타낸다. 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 기판에서의 조명 형상은 검출기 어퍼처들(1240)에 대한 입력 조명 형상으로 다시 전환된다. 따라서, 기판에서의 중간 조명 형상이 상이할 수 있더라도, 입력 및 출력 조명 형상들은 본질적으로 동일하게 유지된다. 도 13의 검출기 어퍼처들(1240)은 입력 필드 어퍼처(1200)로부터의 조명 형상과 동일한 레이아웃을 갖는 것으로 도시되지만, 형상이 동일할 필요는 없다.
도 14의 센서 시스템에서, 입력 필드 어퍼처(1200)는 도시된 개구부를 갖는 플레이트의 형태일 수 있다[하지만, 이해하는 바와 같이, 입력 필드 어퍼처(1200)는 광섬유 다발, SLM 등을 포함하는 상이한 형태들로 이루어질 수 있으며, 어퍼처는 상이한 형상 또는 레이아웃으로 이루어질 수 있음]. 도 14는 입력 필드 어퍼처(1200)에 따라 성형된 방사선을 수용하기 위해 [도 6의 위치(640)에서] 가까운 퓨필 공간에 위치되는 빔 성형 광학 요소(1260)를 더 포함한다. 이 예시에서, 빔 성형 광학 요소(1260)는 적어도 하나의 액시콘 또는 프리즘이 다른 액시콘 또는 프리즘에 대해 이동가능한 한 쌍의 액시콘들 또는 프리즘들(1270)을 포함한다. 도 14는 빔 성형 광학 요소(1260)로서 한 쌍의 액시콘 렌즈들에 대한 기판에서의 예시적인 출력 조명 형상[도 14에서 기판(1230) 상에 도시된 조명 형상]을 나타낸다. 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 기판에서의 조명 형상은 검출기 어퍼처들(1240)에 대한 입력 조명 형상으로 다시 전환된다. 따라서, 기판에서의 중간 조명 형상이 상이할 수 있더라도, 입력 및 출력 조명 형상들은 본질적으로 동일하게 유지된다. 도 14의 검출기 어퍼처들(1240)은 입력 필드 어퍼처(1200)로부터의 조명 형상과 동일한 레이아웃을 갖는 것으로 도시되지만, 형상이 동일할 필요는 없다. 유리하게는, 이 실시예에서, 빔 성형 광학 요소(1260)는 액시콘들 또는 프리즘들 사이의 방향(1270)에서의 거리를 단순히 변화시킴으로써 기판에서의 조명 형상의 반경(예를 들어, 링의 반경, 복수의 스폿들의 반경 위치 등)을 변화시키는 기능을 갖는다.
일 실시예에서, 제 1 입력부(638) 및 제 2 입력부(662)는 둘 다 레이저 소스들이다. 일 실시예에서, 레이저 소스들에 의해 방출된 방사선 빔들은 공칭 파장 및 비교적 좁은 대역폭을 갖는다.
일 실시예에서, 기판 상으로 방사선의 제 1 측정 빔을 지향하는 단계 -제 1 측정 빔은 제 1 세기 분포를 가짐- ; 및 제 1 측정 빔이 기판 상으로 지향되는 동시에 기판 상으로 방사선의 제 2 포커싱 빔을 지향하는 단계 -제 2 포커싱 빔은 제 2 세기 분포를 가짐- 를 포함하는 방법이 제공되고, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 적어도 기판 및/또는 어퍼처 디바이스에서 제 1 세기 분포와 공간적으로 분리된다.
일 실시예에서, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 제 1 세기 분포의 반대편에 있는 부분들을 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 방사선의 링 및/또는 방사선의 복수의 극(pole)들을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 제 2 포커싱 빔의 검출기를 향하는 광학 경로에서 기판에 의해 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분이 제 2 포커싱 빔 검출기에 도달하는 것을 방지하는 한편, 기판에 의해 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 1 부분이 제 2 포커싱 빔 검출기에 도달하게 하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분을 방지하는 단계는 제 1 어퍼처 디바이스를 이용하여 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분을 차단하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 제 1 측정 빔의 검출기를 향하는 광학 경로에서 기판에 의해 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분이 제 1 측정 빔 검출기에 도달하는 것을 방지하는 한편, 기판에 의해 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 2 부분이 제 1 측정 빔 검출기에 도달하게 하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분을 방지하는 단계는 제 2 어퍼처 디바이스를 이용하여 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분을 차단하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 세기 분포 및/또는 제 2 세기 분포는 어퍼처 디바이스에 의해 제공된다. 일 실시예에서, 제 1 측정 빔 및/또는 제 2 포커싱 빔은 다중-코어 광섬유 또는 광섬유 다발에 의해 제공된다. 일 실시예에서, 제 1 세기 분포 및/또는 제 2 세기 분포는 빔 성형 광학 요소에 의해 제공된다. 일 실시예에서, 빔 성형 광학 요소는 액시콘 렌즈 및/또는 프리즘을 포함한다.
일 실시예에서, 기판을 유지하도록 구성되는 기판 홀더; 어퍼처 디바이스; 및 기판 상으로 방사선의 제 1 측정 빔 -제 1 측정 빔은 제 1 세기 분포를 가짐- 을 지향하도록 구성되고, 제 1 측정 빔이 기판 상에 지향되는 동시에 기판 상으로 방사선의 제 2 포커싱 빔 -제 2 포커싱 빔은 제 2 세기 분포를 가짐- 을 지향하도록 구성되는 광학 시스템을 포함하는 검사 장치가 제공되고, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 적어도 기판 및/또는 어퍼처 디바이스에서 제 1 세기 분포와 공간적으로 분리된다.
일 실시예에서, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 제 1 세기 분포의 반대편에 있는 부분들을 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 방사선의 링 및/또는 방사선의 복수의 극들을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 장치는 제 2 포커싱 빔의 검출기를 더 포함하고, 광학 시스템은 제 2 포커싱 빔 검출기를 향하는 광학 경로에서 기판에 의해 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분이 제 2 포커싱 빔 검출기에 도달하는 것을 방지하는 한편, 기판에 의해 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 1 부분이 제 2 포커싱 빔 검출기에 도달하게 하도록 더 구성된다. 일 실시예에서, 광학 시스템은 제 1 어퍼처 디바이스를 이용하여 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분을 차단하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 장치는 제 1 측정 빔의 검출기를 더 포함하고, 광학 시스템은 제 1 측정 빔 검출기를 향하는 광학 경로에서 기판에 의해 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분이 제 1 측정 빔 검출기에 도달하는 것을 방지하는 한편, 기판에 의해 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 2 부분이 제 1 측정 빔 검출기에 도달하게 하도록 더 구성된다. 일 실시예에서, 광학 시스템은 제 2 어퍼처 디바이스를 이용하여 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분을 차단하도록 구성된다. 일 실시예에서, 어퍼처 디바이스는 제 1 세기 분포 및/또는 제 2 세기 분포를 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 장치는 제 1 측정 빔 및/또는 제 2 포커싱 빔을 제공하도록 구성되는 다중-코어 광섬유 또는 광섬유 다발을 더 포함한다. 일 실시예에서, 상기 장치는 제 1 세기 분포 및/또는 제 2 세기 분포를 제공하도록 구성되는 빔 성형 광학 요소를 더 포함한다. 일 실시예에서, 빔 성형 광학 요소는 액시콘 렌즈 및/또는 프리즘을 포함한다.
본 명세서에서는, 예를 들어 회절 차수들로부터의 세기로부터 겹치는 주기적 구조체들의 상대 위치를 측정하는 회절-기반 메트롤로지와 관련하여 실시예들이 설명되었다. 하지만, 본 명세서에서 실시예들은 필요하다면 적절한 수정으로, 예를 들어 타겟들의 고화질 이미지들을 사용하여 층 1의 타겟 1로부터 층 2의 타겟 2까지의 상대 위치를 측정하는 이미지-기반 메트롤로지에 적용될 수 있다. 일반적으로, 이 타겟들은 주기적 구조체들 또는 "박스(box)들"[Box-in-Box(BiB)]이다.
이상, 메트롤로지 및 광학 리소그래피와 관련하여 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 실시예들은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들에 대해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 응용할 수 있도록 본 발명의 실시예들의 일반적인 성질을 드러낸다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 나타낸 교시 및 안내에 기초하여, 기재된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서, 어구 또는 전문 용어는 예시에 의한 설명을 위한 것이며 제한하려는 것이 아니므로, 당업자라면 본 명세서의 전문 용어 또는 어구가 교시 및 안내를 고려하여 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (22)

  1. 기판 상으로 방사선의 제 1 측정 빔을 지향하는 단계 -상기 제 1 측정 빔은 제 1 세기 분포를 가짐- ;
    상기 제 1 측정 빔이 상기 기판 상으로 지향되는 동시에 상기 기판 상으로 방사선의 제 2 포커싱 빔을 지향하는 단계 -상기 제 2 포커싱 빔은 제 2 세기 분포를 가지고, 상기 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 적어도 상기 기판 및/또는 어퍼처 디바이스(aperture device)에서 상기 제 1 세기 분포와 공간적으로 분리됨- ;
    상기 제 2 포커싱 빔의 적어도 일부의 검출에 응답하여 신호를 생성하는 검출기를 사용하여 상기 기판에 의해 재지향된 상기 제 2 포커싱 빔의 적어도 일부를 검출하는 단계; 및
    상기 신호에 기초하여 상기 기판과 상기 제 1 측정 빔의 광학 포커스 포인트 사이의 상대적 위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 상기 제 1 세기 분포의 반대편에 있는 부분들을 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 방사선의 링 및/또는 방사선의 복수의 극(pole)들을 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 포커싱 빔의 검출기를 향하는 광학 경로에서 상기 기판에 의해 전향(redirect)된 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분이 상기 제 2 포커싱 빔의 검출기에 도달하는 것을 방지하는 한편, 상기 기판에 의해 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 1 부분이 상기 제 2 포커싱 빔의 검출기에 도달하게 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분을 방지하는 단계는 제 1 어퍼처 디바이스를 이용하여 상기 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분을 차단하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 측정 빔의 검출기를 향하는 광학 경로에서 상기 기판에 의해 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분이 상기 제 1 측정 빔의 검출기에 도달하는 것을 방지하는 한편, 상기 기판에 의해 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 2 부분이 상기 제 1 측정 빔의 검출기에 도달하게 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분을 방지하는 단계는 제 2 어퍼처 디바이스를 이용하여 상기 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분을 차단하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 세기 분포 및/또는 상기 제 2 세기 분포는 어퍼처 디바이스에 의해 제공되는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 측정 빔 및/또는 상기 제 2 포커싱 빔은 다중-코어 광섬유(multi-core fiber) 또는 광섬유 다발(fiber bundle)에 의해 제공되는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 세기 분포 및/또는 상기 제 2 세기 분포는 빔 성형 광학 요소(beam shaping optical element)에 의해 제공되는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 빔 성형 광학 요소는 액시콘 렌즈(axicon lens) 및/또는 프리즘을 포함하는 방법.
  12. 검사 장치에 있어서,
    기판을 유지하도록 구성되는 기판 홀더;
    어퍼처 디바이스;
    상기 기판 상으로 방사선의 제 1 측정 빔 -상기 제 1 측정 빔은 제 1 세기 분포를 가짐- 을 지향하도록 구성되고, 상기 제 1 측정 빔이 상기 기판 상에 지향되는 동시에 상기 기판 상으로 방사선의 제 2 포커싱 빔을 지향하도록 구성되는 광학 시스템 -상기 제 2 포커싱 빔은 제 2 세기 분포를 가지고, 상기 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 적어도 상기 기판 및/또는 상기 어퍼처 디바이스에서 상기 제 1 세기 분포와 공간적으로 분리됨- ;
    상기 기판에 의해 재지향된 상기 제 2 포커싱 빔의 적어도 일부를 검출하고 상기 제 2 포커싱 빔의 적어도 일부의 검출에 응답하여 신호를 생성하도록 구성된 검출기; 및
    상기 신호에 기초하여 상기 기판과 상기 제 1 측정 빔의 광학 포커스 포인트 사이의 상대적 위치를 제어하도록 구성된 제어기
    를 포함하는 검사 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 상기 제 1 세기 분포의 반대편에 있는 부분들을 포함하는 검사 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 세기 분포의 적어도 일부분은 방사선의 링 및/또는 방사선의 복수의 극들을 포함하는 검사 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 포커싱 빔의 검출기를 더 포함하고, 상기 광학 시스템은 상기 제 2 포커싱 빔의 검출기를 향하는 광학 경로에서 상기 기판에 의해 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분이 상기 제 2 포커싱 빔의 검출기에 도달하는 것을 방지하는 한편, 상기 기판에 의해 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 1 부분이 상기 제 2 포커싱 빔의 검출기에 도달하게 하도록 더 구성되는 검사 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 제 1 어퍼처 디바이스를 이용하여 상기 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 1 부분을 차단하도록 구성되는 검사 장치.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 측정 빔의 검출기를 더 포함하고, 상기 광학 시스템은 상기 제 1 측정 빔의 검출기를 향하는 광학 경로에서 상기 기판에 의해 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분이 상기 제 1 측정 빔의 검출기에 도달하는 것을 방지하는 한편, 상기 기판에 의해 전향된 제 1 측정 빔의 적어도 제 2 부분이 상기 제 1 측정 빔의 검출기에 도달하게 하도록 더 구성되는 검사 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 제 2 어퍼처 디바이스를 이용하여 상기 전향된 제 2 포커싱 빔의 적어도 제 2 부분을 차단하도록 구성되는 검사 장치.
  19. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어퍼처 디바이스는 상기 제 1 세기 분포 및/또는 상기 제 2 세기 분포를 제공하도록 구성되는 검사 장치.
  20. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 측정 빔 및/또는 상기 제 2 포커싱 빔을 제공하도록 구성되는 다중-코어 광섬유 또는 광섬유 다발을 더 포함하는 검사 장치.
  21. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 세기 분포 및/또는 상기 제 2 세기 분포를 제공하도록 구성되는 빔 성형 광학 요소를 더 포함하는 검사 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 빔 성형 광학 요소는 액시콘 렌즈 및/또는 프리즘을 포함하는 검사 장치.
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