KR102262185B1 - 측정 시스템, 리소그래피 시스템 및 타겟을 측정하는 방법 - Google Patents

Abstract

제1 광학 시스템이 입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하는 측정 시스템이 제시된다. 변조기는 복수의 컴포넌트를 수광하고, 컴포넌트 중 적어도 하나에, 컴포넌트 중 적어도 다른 하나와는 독립적으로 변조를 적용한다. 제2 광학 시스템은 복수의 컴포넌트로 타겟을 조명하고 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출 시스템으로 지향시킨다. 검출 시스템은, 변조기에 의해 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조에 기초하여, 검출 시스템으로 지향된 방사선의 하나 이상의 컴포넌트의 각각을 구별하거나 또는 하나 이상의 컴포넌트 그룹의 각각을 구별한다.

Description

측정 시스템, 리소그래피 시스템 및 타겟을 측정하는 방법

본 출원은 2016년 11월 10일자로 출원된 EP 출원 제16198200.4호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 측정 시스템, 이러한 측정 시스템을 이용하는 리소그래피 시스템 및 타겟 측정 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 일반적으로 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용하는 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 그러한 경우, 마스크 또는 레티클이라고도 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층상에 형성될 회로 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나의 다이 또는 수 개의 다이를 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 리소그래피 공정에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하는 데 종종 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 오버레이(디바이스 내의 2개의 층들 사이의 정렬 정확도)를 측정하기 위한 전문화된 툴을 포함하여 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 오버레이는 2개의 층 사이의 오정렬의 정도로 기술될 수 있는데, 예를 들어 1nm의 측정된 오버레이에 대한 언급은 2개의 층이 1nm만큼 오정렬된 상황을 나타낼 수 있다.

최근, 리소그래피 분야에서 사용하기 위한 다양한 형태의 스캐터로미터가 개발되어 왔다. 이들 디바이스는 방사선 빔을 타겟 상으로 지향시키고, 산란된 방사선의 하나 이상의 특성 - 예를 들어, 파장의 함수로서의 단일 반사각에서의 세기; 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기; 또는 반사된 각도의 함수로서 편광 - 을 측정하여 "스펙트럼"을 얻고, 그로부터 타겟의 관심 대상 특성을 결정할 수 있다. 관심 대상 특성의 결정은 다양한 기법, 예를 들어 엄격 결합파 해석 또는 유한 요소 방법 등의 반복적인 접근법에 의한 타겟의 재구성; 라이브러리 탐색; 및 주성분 분석 등에 의해 수행될 수 있다.

기존의 스캐터로미터에 의해 사용되는 타겟은, 예컨대 40μm × 40μm 격자와 같은 비교적 큰 격자이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스팟을 생성한다(즉, 격자가 언더필됨). 이로써 타겟의 수학적 재구성이 단순화되는데, 이는 타겟이 실질적으로 무한하다고 간주될 수 있기 때문이다. 그러나, 예를 들어, 타겟이 스크라이브 레인보다는 제품 피처들 사이에 위치될 수 있도록, 타겟의 크기를 예컨대 10 ㎛ × 10 ㎛ 이하로 줄이기 위해서, 격자가 측정 스팟보다 작게 만들어진 계측법이 제안되어 왔다(즉, 격자가 오버필됨). 통상적으로 이러한 타겟은 0차 회절 차수(정반사에 대응)가 차단되고 더 높은 차수만이 처리되는 암시야 계측법을 이용하여 측정된다. 암시야 계측법의 예는 국제 특허 출원 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279 에서 찾을 수 있으며, 이들 문헌은 원용에 의해 그 전체가 본원에 포함된다. 이러한 기법의 추가 개발사항은 특허 공보 US20110027704A, US20110043791A 및 US20120242970A에 기재되어 있다. 이러한 문헌 모두의 내용 또한 원용에 의해 본원에 포함된다. 회절 차수의 암시야 검출을 이용하는 회절 기반 오버레이는 보다 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스팟보다 작을 수 있고 웨이퍼 상의 제품 구조체에 의해 둘러싸일 수 있다. 타겟은 하나의 이미지 내에서 측정될 수 있는 다수의 격자를 포함할 수 있다.

공지된 계측 기법에서는, -1 및 +1 회절 차수 세기를 별도로 얻기 위해 오버레이 타겟을 회전시키거나 조명 모드 또는 이미징 모드를 변경하면서, 특정 조건 하에서 오버레이 타겟을 두 번 측정함으로써 오버레이 측정 결과를 얻는다. 주어진 오버레이 타겟에 대한 세기 비대칭, 이들 회절 차수 세기의 비교는 타겟 비대칭, 즉 타겟에 있어서의 비대칭의 측정을 제공한다. 오버레이 타겟에서의 이러한 비대칭은 오버레이 오차(2개의 층의 원치 않는 오정렬)의 지표로서 사용될 수 있다.

계측 장치는 현재, 이러한 암시야 산란계측을 수행할 때, 임의의 한 시간에 단일 파장의 측정 방사선만을 사용하여 측정을 수행할 수 있다. 그러나, 서로 상이한 층들 내의 상이한 타겟들은 상이한 파장 측정 방사선에 대해 상이한 거동을 나타낼 수 있으며, 이는 가변적인 측정 품질을 초래할 수 있다. 파장의 함수로서의 변동은 또한 타겟 구조에 대한 프로세싱 유도된 변화들로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 화학적 기계적 평탄화 에칭과 같은 반도체 제조 공정과 층 두께 변동의 불균일성은 계측 타겟의 구조를 변화시키고 그에 따라 최적의 파장도 변화시킨다. 따라서, 측정 방사선이 타겟 및/또는 층에 대해 개별적으로 튜닝되는 것이 바람직하다.

높은 품질의 측정을 효율적으로 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 측정 시스템이 제공되는데, 이러한 측정 시스템은: 입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하도록 구성된 제1 광학 시스템; 복수의 컴포넌트를 수광하고, 컴포넌트 중 적어도 하나에, 컴포넌트 중 적어도 다른 하나와는 독립적으로 변조를 적용하도록 구성된 변조기; 및 복수의 컴포넌트로 타겟을 조명하고 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출 시스템으로 지향시키도록 구성된 제2 광학 시스템을 포함하며, 검출 시스템은, 변조기에 의해 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조에 기초하여, 검출 시스템으로 지향된 방사선의 하나 이상의 컴포넌트의 각각을 구별하거나 또는 하나 이상의 컴포넌트 그룹의 각각을 구별하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에 따르면 타겟을 측정하는 방법이 제공되는데, 이러한 방법은: 입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하는 단계; 컴포넌트 중 적어도 하나에, 컴포넌트 중 적어도 다른 하나와는 독립적으로 변조를 적용하는 단계; 복수의 컴포넌트로 타겟을 조명하는 단계; 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조에 기초하여, 타겟에 의해 산란된 방사선의 하나 이상의 컴포넌트의 각각을 구별하거나 또는 컴포넌트의 하나 이상의 그룹의 각각을 구별하는 단계를 포함한다.

이제 본 발명의 실시예에 관해, 대응하는 도면 부호가 상응하는 부분을 나타내는 첨부된 개략적인 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2은 리소그래피 셀 또는 클러스터를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 (a) 제1 쌍의 조명 조리개를 이용하여 타겟을 측정하는 데 사용하기 위한 암시야 스케터로미터의 개략도; (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부 사항; (c) 알려진 형태의 다중 격자 타겟에 대한 도면 및 기판상의 측정 스팟의 윤곽; 및 (d) 도 3(a)의 스케터로미터에서 얻은 도 3(c)의 타겟의 이미지에 대한 도면을 포함한다.
도 4는 측정 시스템의 개략도이다.
도 5는 빔 처리 장치의 개략도이다.
도 6은 예시적인 변조 광학 시스템의 개략도이다.
도 7은 도 6의 변조 광학 시스템과 함께 사용되는 변조기 및 빔 분리 서브 시스템의 개략도이다.
도 8는 추가 예시에 따른 변조 광학 시스템의 개략도이다.
도 9는 변조기의 프로그램 가능한 요소들의 어레이를 도시한다.
도 10은 도 9의 어레이 상에서 상이하게 변조된 영역들을 도시한다.
도 11은 복수의 검출기 및 대응하는 복수의 광섬유를 포함하는 검출 시스템을 도시한다.

본 명세서는 본 발명의 특징을 포함하는 하나 이상의 실시예를 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시하는 것이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)에 한정되지 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항에 의해 규정된다.

기술된 실시예(들), 및 본 명세서에서 "일 실시예", "실시예", "예시적인 실시예"에 대한 언급은 기술된 실시예(들)가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있음을 나타내지만, 모든 실시예가 반드시 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 필요는 없다. 또한, 그러한 문구들은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되는지 여부에 무관하게 그러한 특징, 구조 또는 특성을 다른 실시예와 관련하여 실시하는 것도 당업자의 지식 범위 내에 있음을 이해할 것이다.

하지만 이러한 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익할 것이다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 이러한 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치설정하도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결되는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치설정하도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위해 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 또는 기타 다른 유형의 광학 컴포넌트 또는 이들의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다.

지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 지탱한다. 이는 패터닝 디바이스의 배향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 기계식, 진공식, 정전식 또는 다른 클램핑 기술을 사용하여 패터닝 디바이스를 유지할 수 있다. 지지 구조체는 필요에 따라 고정되거나 이동할 수 있는, 예를 들어 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있도록 보장할 수 있다. 본 명세서에서 "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 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 패턴이 위상-시프팅 피처 또는 소위 어시스트 피처를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 점에 주목해야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성되는 디바이스의 특정 기능 층에 해당할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피에서 잘 알려져 있으며 바이너리, 교번 위상 시프트 및 감쇠 위상 시프트와 같은 마스크 유형은 물론 다양한 하이브리드 마스크 유형을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예는 입사하는 방사선 빔을 다양한 방향으로 반사시키도록 각각 개별적으로 기울어질 수 있는 작은 미러의 매트릭스 배열을 채용한다. 기울어진 미러는 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.

본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적합하거나 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한 것으로서, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 자기형, 전자기형 및 정전형 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

예를 들면 본 실시예에서 장치는 투과형(예를 들어, 투과형 마스크를 채택)이다. 대안적으로, 장치는 반사형(예를 들어, 위에서 언급된 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이를 채택하거나, 반사형 마스크를 채택함)일 수 있다.

리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 또는 그 이상의 기판 테이블 및 예컨대 둘 이상의 마스크 테이블을 갖는 형태일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기기에서는 추가의 테이블을 병렬적으로 사용할 수 있으며, 또는 하나 이상의 다른 테이블을 노광용으로 사용하면서 하나 이상의 테이블 상에서 준비 단계를 수행할 수 있다.

또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있다. 액침액은 또한 리소그래피 장치의 다른 공간, 예를 들어, 마스크와 투영 시스템 사이에 적용될 수 있다. 액침 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키기 위해 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액침"이라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 함을 의미하는 것이 아니라 오히려 액체가 노광 중에 투영 시스템과 기판 사이에 위치한다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 방사선 소스 및 리소그래피 장치는 별개의 개체일 수 있다. 그러한 경우에, 방사선 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 여겨지지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로 방사선 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 이와 다른 경우, 예를 들어 방사선 소스가 수은 램프인 경우, 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부분일 수 있다. 방사선 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템으로 지칭될 수 있다.

조명기(IL)는 방사선 빔(B)의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 동공면 내의 세기 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 치수(일반적으로 각각 외측-s 및 내측-s로 지칭됨)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(IN) 및 집광기(CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 조명기는 단면에 원하는 균일성과 세기 분포를 갖도록 방사선 빔을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 상에 유지되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 거친 후에, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하게 되며, 투영 시스템(PS)은 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커싱한다. 제2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 다양한 타겟부(C)를 위치설정하도록 정확하게 이동될 수 있다. 유사하게, 제1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1에는 명확히 도시되지는 않음)가, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 회수 후에, 또는 스캔 중에, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치설정하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은 제1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(개략적 위치설정) 및 숏-스트로크 모듈(미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있다. 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 사용하여 실현될 수 있다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 숏-스트로크 액츄에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크가 전용화된 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치할 수도 있다(이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)로 알려져 있다). 유사하게, 둘 이상의 다이가 마스크(MA) 상에 제공되는 상황에서, 마스크 정렬 마크는 다이 사이에 위치될 수 있다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 하나로 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서는, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴이 한번에 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)은 실질적으로 정지 상태로 유지된다(단일 정적 노광). 그 다음, 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 노광으로 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서는, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광). 마스크 테이블(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 배율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의해 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광에서 타겟부의(비-스캐닝 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의(스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.

3. 또 다른 모드에서, 마스크 테이블(MT)은 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 유지하면서 실질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동 또는 스캐닝된다. 이러한 모드에서는, 일반적으로 펄스형 방사선 소스가 채용되고, 프로그램 가능 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 중에 연속적인 방사선 펄스 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이러한 동작 모드는 상술한 바와 같은 유형의 프로그램 가능한 미러 어레이 등의 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형 또는 완전히 다른 사용 모드들이 또한 채용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀(lithocell) 또는 클러스터로도 지칭되는 리소그래픽 셀(LC)의 일부를 형성하며, 리소그래피 셀은 또한 기판에 대해 노광-전 프로세스 및 노광-후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하는 스핀 코터(spin coater)(SC), 노광된 레지스트를 현상하는 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate, CH), 및 베이크 플레이트(bake plate, BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 그 후 리소그래피 장치의 로딩 베이(loading bay, LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 이들 장치는 감독 제어 시스템(supervisory control system, SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 그러므로, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일관되게 노광되도록, 노광된 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광될 수 있을 정도로 검사가 충분히 신속하고 빠르게 수행될 수 있다면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판이 수율 개선을 위해 스트리핑 및 재작업될 수 있고, 또는 가능하다면 폐기될 수 있으며, 이로써 결함 있는 것으로 알려진 기판 상에서 노광을 수행하는 것을 피하게 된다. 기판의 단지 특정 타겟 부분만이 결함 있는 경우, 결함이 없는 것으로 여겨지는 타겟 부분에 대해서만 추가적인 노광이 행해질 수 있다.

계측 장치는 기판의 특성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판의 상이한 층들 또는 상이한 기판들의 특성이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 이러한 계측 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수 있거나 독립형 디바이스일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위해, 계측 장치가 노광 직후 노광된 레지스트 층에서 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간의 굴절율에 단지 아주 작은 차이가 있기 때문에 레지스트 내의 잠상은 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 모든 계측 장치가 잠상의 유용한 측정을 행할 수 있을 정도로 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광후 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나를 제거한 시점에서, 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하는 것도 가능하다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판의 재작업에 대한 가능성을 제한하지만, 유용한 정보를 여전히 제공할 수 있다.

계측 장치가 도 3(a)에 도시되어 있다. 타겟(T)과 이러한 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선이 도 3(b)에 보다 상세히 예시되어 있다. 도시된 계측 장치는 암시야 계측 장치로서 알려진 유형이다. 이러한 계측 장치는 독립형 디바이스이어도 되고, 또는 예컨대 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC) 중의 하나에 통합될 수도 있다. 장치를 통해 여러 브랜치를 갖는 광축이 점선(O)으로 표현되어 있다. 이러한 장치에서, 광원(11)(예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 빔 스플리터(15)를 통해 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의해 기판(W) 상으로 지향된다. 이들 렌즈는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배치된다. 기판 이미지를 여전히 검출기 상에 제공하고 동시에 공간 주파수 필터링을 위해 중간 동공면에 대한 액세스를 허용한다면, 상이한 렌즈 배열이 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 여기에서 (공액) 동공면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 동공면의 역-투영 이미지(back-projected image)인 평면에서, 렌즈(12)와 렌즈(14) 사이에 적합한 형태의 조리개 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 예시된 실시예에서, 조리개 플레이트(13)는 상이한 조명 모드가 선택될 수 있도록 하는 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태를 갖는다. 본 예에서의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 조리개 플레이트(13N)은, 단지 설명을 목적으로 "북쪽"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 조리개 플레이트(13S)는 유사한 조명을 제공하지만 "남쪽"으로 표시된 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위해 이용된다. 상이한 조리개를 사용함으로써 다른 조명 모드도 가능하다. 요구되는 조명 모드 밖의 임의의 불필요한 광은 요구되는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 동공면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 기판(W)이 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 수직인 상태로 배치된다. 기판(W)은 지지체(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 축(O)에서 벗어난 각도로 타겟(T) 상에 충돌하는 측정 방사선 광선(I)은 하나의 0차 광선(실선 0) 및 2개의 1차 광선(일점쇄선 +1과 이점쇄선 -1)을 발생시킨다. 오버필된 소형 타겟을 이용하는 경우, 이들 광선은 계측 타겟(T) 및 기타 피처를 포함한 기판의 영역을 커버하는 다수의 평행 광선 중의 단지 하나가 된다는 점을 기억해야 한다. 플레이트(13)의 조리개가 (유용한 광량을 허용하는데 필요한) 한정된 폭을 가지므로, 입사 광선(I)은 실제로는 일정 범위의 각도를 점유할 것이고, 회절 광선 0차와 +1/-1차가 다소 확산될(spread out) 것이다. 소형 타겟의 포인트 확산 기능에 따라, 각각의 차수 +1과 -1은 도시된 바와 같이 단일의 이상적인 선이 아니라 일정 범위의 각도에 걸쳐 추가로 확산될 것이다. 타겟의 격자 피치 및 조명 각도는 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙의 광축과 근접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 도 3(a) 및(b)에 예시된 광선은 순전히 이들이 도면에서 보다 용이하게 구별될 수 있도록 하기 위해 다소 축에서 벗어난 것으로 도시되어 있다.

기판(W) 상의 타겟(T)에 의해 회절된 적어도 0차와 +1차 회절 광선은 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 역으로 지향된다. 도 3(a)로 돌아가서, 제1 조명 모드와 제2 조명 모드 둘 모두가 북쪽(N)과 남쪽(S)으로 표시된 정반대 측의 조리개를 지정함으로써 예시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽 측으로부터 기인한 것인 경우, 즉 제1 조명 모드가 조리개 플레이트(13N)를 이용하여 적용된 경우에는, +1(N)으로 표시되는 +1차 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 조리개 플레이트(13S)를 이용하여 적용된 경우에는, -1(S)로 표시되는 -1차 회절 광선이 렌즈(16)에 진입하는 광선이 된다.

제2의 빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 브랜치로 분할한다. 제1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(동공면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 충돌하며, 이로써 이미지 처리가 차수를 비교하고 대비(contrast)할 수 있게 된다. 센서(19)에 의해 캡쳐된 동공면 이미지는 계측 장치를 포커싱하거나 및/또는 1차 빔의 세기 측정치를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 동공면 이미지는 또한 재구성과 같은 수많은 측정 목적을 위해 사용될 수 있다.

제2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 브랜치에서, 동공면에 공액 관계를 이루는 평면에 구경 조리개(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하도록 기능한다. 센서(19, 23)에 의해 캡쳐된 이미지는 이러한 이미지를 처리하는 프로세서(PU)에 출력되며, 프로세서의 기능은 수행되는 측정의 특정한 타입에 좌우될 것이다. "이미지"라는 표현은 본 명세서에서는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의하기 바란다. 이와 같은 격라 라인의 이미지는 -1 및 +1 차수 중의 하나만이 제공되는 경우에는 형성되지 않을 것이다.

도 3에 도시된 조리개 플레이트(13) 및 시야 조리개(21)의 구체적인 형태는 단지 예에 불과하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 타겟의 축상 조명이 사용되고, 실질적으로 단지 하나의 1차 회절 광만을 센서에 통과시키기 위하여 축외 조리개를 갖는 구경 조리개가 사용된다. 또 다른 실시예에서, 측정에 있어서 1차 빔 대신 또는 1차 빔에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔(도 3에 도시되지 않음)이 사용될 수 있다

측정 방사선을 이들 상이한 타입의 측정에 적합화시키기 위해, 조리개 플레이트(13)는 원하는 패턴을 제 위치에 놓이도록 회전하는 디스크 둘레에 형성된 다수의 조리개 패턴을 포함할 수 있다. 조리개 플레이트(13N 또는 13S)는 하나의 방향(설정에 따라 X 또는 Y)으로 배향된 격자를 측정하는 데에만 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 직교 격자의 측정을 위해, 90° 및 270°만큼 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 이를 이용하는 것과 장치의 수많은 기타 변형예 및 응용예가 위에서 언급한 종래의 특허 문헌에 기술되어 있다.

도 3(c)는 공지된 방법에 따라 기판 상에 형성된(복합) 타겟을 도시한다. 이러한 예에서의 타겟은 조밀하게 함께 위치된 4개의 격자들(25a 내지 25d)을 포함하여, 이들이 계측 장치의 계측 방사선 조명 빔에 의해 형성된 하나의 측정 씬(scene) 또는 측정 스팟(24) 내에 모두 있게 된다. 4개의 격자는 모두 동시에 조명되고 센서(19 및 23) 상에 동시에 이미징된다. 오버레이의 측정에 전용화된 예에서, 격자들(25a 내지 25d)은 그 자체로, 기판(W) 상에 형성된 반도체 소자의 상이한 층들에 패터닝되는 중첩되는 격자들에 의해 형성된 복합 격자들이다. 격자(25a 내지 25d)는 복합 격자의 상이한 부분들이 형성되는 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위해 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋들(층들 사이의 의도적인 불일치)을 가질 수도 있다. 이러한 기술은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 더 이상 설명하지 않는다. 또한, 격자(25a 내지 25d)는 X 및 Y 방향으로 입사하는 방사선을 회절시키도록, 도시된 바와 같이 그 배향이 다를 수 있다. 일 예시에서, 격자(25a 및 25c)는 각각 + d 및 -d의 바이어스를 갖는 X 방향 격자이다. 격자(25b 및 25d)는 각각 오프셋(+ d 및 -d)을 갖는 Y 방향 격자이다. 이들 격자의 별개의 이미지가 센서(23)에 의해 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 타겟의 한 가지 예시일 뿐이다. 타겟은 4개보다 많거나 4개보다 적은 격자를 포함하거나 또는 하나의 격자만을 포함할 수도 있다.

도 3(d)는 도 3(a)의 장치에서 도 3(c)의 타겟을 사용하여, 센서(23) 상에 형성되어 검출될 수 있는 이미지의 예를 도시한다. 동공면 이미지 센서(19)는 상이한 개별 격자들(25a 내지 25d)을 분해할 수는 없지만, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 직사각형은, 기판 상의 조명된 스팟(24)이 대응하는 원형 영역(26)으로 이미징되는, 센서 상의 이미지의 필드를 나타낸다. 이러한 영역 내에서, 직사각형 영역(27a 내지 27d)은 작은 타겟 격자(25a 내지 25d)의 이미지를 나타낸다. 타겟이 제품 영역에 있는 경우 이러한 이미지 필드의 주변부에 제품 피처가 보일 수도 있다. 이미지 프로세서 및 제어기(PU)는 패턴 인식을 사용해 이들 이미지를 처리하여 격자(25a 내지 25d)의 개별 이미지(27a 내지 27d)를 식별한다. 이런 식으로, 이미지는 센서 프레임 내의 특정 위치에 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이는 전체적으로 측정 장치의 처리량을 크게 개선한다.

일단 격자의 개별 이미지가 식별되면, 이러한 개별 이미지의 세기가, 예를 들어 식별된 영역 내에서 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 측정될 수 있다. 이미지들의 세기 및/또는 다른 특성을 서로 비교할 수 있다. 리소그래피 공정의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 이러한 결과는 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예이다.

현재, 제2 이미징 브랜치를 사용하여 암시야 측정을 수행할 때, 사용된 측정 방사선은 단일 파장만을 포함한다. 측정 방사선은 측정 중인 기판의 상이한 층들에 대해 상이한 거동을 나타낸다. 따라서, 측정 중인 타겟이 포함되어 있는 층에 대해 측정 방사선의 파장이 최적화되어야 한다. 즉, 측정 방사선은 상이한 층들에 있는 타겟들의 상이한 측정을 위해 개별적인 튜닝이 필요하다. 이는 상당한 시간을 필요로 하고, (보다 많은 측정이 이루어질 수 있도록 함으로써) 제조 생산성 및/또는 정확성을 높이기 위해 측정 시간을 줄이는 것이 항상 바람직하다. 또한 상이한 층들에 있는 다수의 타겟들이 단일 이미지로 캡처되는 다층 오버레이 측정이 때때로 수행된다. 이러한 다층 측정의 경우, 상이한 층들에 있는 타겟들에 대한 파장의 최적화가 불가능하며, 선택된 파장은 단지 상이한 타겟들에 대해서 최상의 절충안이 될 것이다.

도 4는 이러한 문제를 해결하고자 하는 측정 시스템 아키텍처(특히, 기판상의 리소그래피 공정에 의해 형성된 타겟을 측정하기 위해 사용되는 경우 계측 장치라고도 지칭됨)를 개략적으로 도시한다. 이는 다수의 파장을 병렬적으로 사용하여 타겟(예를 들어,도 3(c)에 도시된 타겟과 유사할 수 있음)에 대한 측정을 수행함으로써 수행된다. 사용된 기술은 하이퍼스펙트럴 이미징(hyperspectral imaging)이라고 할 수 있다. 이렇게 하면 각각의 개별 층에 대해 최적의 파장을 선택할 수 있게 된다. 따라서, 예를 들어 다층 측정을 수행할 때, 처리량을 희생시키지 않으면서도 각각의 타겟에 대해 파장을 최적화할 수 있다. 또한, 타겟의 완전한 스펙트럼 맵의 제공에 의해 프로세스 변동에 대한 오버레이 측정의 견고함(robustness)을 향상시킨다.

하이퍼스펙트럴 이미징과는 별도로, 측정 시스템은 전반적으로 도 3(a)의 계측 장치, 특히 이러한 장치의 제2 측정 브랜치와 동일한 방식으로 작동하도록 구성될 수 있다(본 명세서에 따른 실시예는 선택적으로 도 3(a)에 도시된 것과 유사한 방식으로 다른 측정 브랜치를 포함할 수 있다). 도 4의 계측 장치 및 측정 시스템의 초기 설계들 간의 주요 차이점은 방사선 빔을 처리하기 위한 빔 처리 장치(30)를 포함하는 것이며, 이는 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.

도 4의 측정 시스템은 소스(11)를 포함한다. 소스(11)는 다수의 파장을 포함하는 측정 방사선을 제공한다. 측정 방사선은 연속하는 스펙트럼 또는 다수의 이산 파장(또는 파장 대역)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 측정 방사선은 400nm 내지 900nm 범위의 다수의 파장을 포함할 수 있다.

렌즈(12)는 소스(11)로부터 방사선을 수광하고 빔 처리 장치(30)에 입력 방사선 빔을 제공한다. 소스(11), 렌즈(12) 및 빔 처리 장치(30)의 조합은 방사선 시스템(36)으로 지칭될 수 있다. 빔 처리 장치(30)는 출력 방사선 빔을 빔 스플리터(32)에 출력한다. 빔 스플리터(32)는 출력 방사선 빔을 기판(W) 상으로 재지향시킨다. 기판(W) 상의 타겟은 출력 방사선 빔에 의해 조명된다. 일 실시예에서, 타겟은 리소그래피 프로세스에 의해 기판(W) 상에 형성된 구조체를 포함한다. 도 3(c)의 4개의 격자(25a-25d)는 측정 시스템에 의한 측정에 적합한 구조체의 예이다. 타겟으로부터 산란된 방사선은 빔 스플리터(32) 및 렌즈(22)를 통해 검출 시스템(34)으로 지향된다. 검출 시스템(34)은 센서(23) 및 처리 유닛(35)을 포함한다. 처리 유닛(35)은 빔 처리 장치(30)의 동작을 제어한다. 처리 유닛(35)은 또한 센서(23)로부터 수신된 출력을 복조하여 관심 신호를 추출한다.

다양한 실시예로서, 도 5에 개략적으로 도시된 예에서, 빔 처리 장치(30)는 시준된 형태로 제공되는 입력 방사선 빔으로 동작하도록 구성되며, 시준된 형태의 출력 방사선 빔을 제공하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 광학기기(37, 39)가 시준된 입력 빔을 변조 광학 시스템(38)의 입력 요소 또는 개구 상에 포커싱하도록 제공될 수 있다(도시된 예에서는 렌즈(37)를 사용하여 달성된다). 광학기기(37, 39)는 변조 광학 시스템(38)의 출력 요소 또는 출력 개구로부터 발산되는 방사선을 수광하고 시준된 출력 빔을 형성하도록 추가로 구성된다(도시된 예에서는 렌즈(39)를 사용하여 달성된다). 도 6 내지 도 8은 변조 광학 시스템(38)에 대한 예시적인 구성을 나타낸다.

다양한 실시예에서, 빔 처리 장치(30)는 입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하는 광학 시스템을 포함한다. 복수의 컴포넌트는 변조기(60) 상으로 지향된다. 변조기(60)는 컴포넌트 중 적어도 하나에, 컴포넌트 중 적어도 다른 하나와는 독립적으로 변조를 적용한다. 다양한 실시예에서, 변조는 시간상 변조(즉, 진폭 또는 위상과 같은 특성의 시변 컴포넌트를 포함하는 변조)이다. 다양한 실시예에서, 광학 시스템은 출력 방사선 빔을 형성하도록 변조기(60)로부터 출력되는 컴포넌트를 재결합한다. 따라서, 입력 방사선 빔의 하나 이상의 컴포넌트들은 컴포넌트들이 서로로부터 분할되는 한편 서로 독립적으로 변조된다. 이러한 컴포넌트들을 단일 빔으로 재결합하면 단일 빔 내에 하나 이상의 독립적으로 변조된 컴포넌트들을 포함하는 출력 방사 빔을 제공하게 된다. 독립적으로 변조된 컴포넌트들은 서로 상이한 파장 또는 서로 상이한 편광 상태와 같이 서로 상이한 특성을 가질 수 있다. 검출 시스템(34)은 상이한 변조들을 이용하여 상이한 컴포넌트들로부터 유래한 신호들을 구별할 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트가 특정 주파수에서 진폭 변조되는 경우, 변조의 주파수에 기초한 위상 감응 검출(동기적 검출이라고도 알려져 있음)은 동일한 주파수로 변조되는, 센서(23)로부터 출력된 신호의 일부를 추출하는 데 사용될 수 있다. 복수의 컴포넌트들이 상이한 주파수들에서 진폭 변조되는 경우, 위상 감응 검출(동기적 검출)은 센서(23)로부터 출력된 신호의 각각의 복수의 부분을 추출하기 위해 독립적으로 사용될 수 있다.

다양한 실시예에서, 검출 시스템(34)은 변조기(60)에 의해 각 컴포넌트 또는 각 컴포넌트 그룹에 적용된 변조를 등록할 수 있는 응답 속도(예를 들어, 충분히 높은 응답 속도)를 갖는 센서(23)를 포함한다. 예를 들어, 변조가 디지털 방식으로 등록되는 경우, Nyquist-Shannon 샘플링 이론을 사용하여 인위물(artifact)을 피하기 위해 필요한 최소 샘플링 속도를 결정할 수 있다. 아날로그 필터가 사용되는 경우 필터는 변조의 주파수와 매칭되도록 튜닝되어야 한다. 위상 감응 검출(동기적 검출)이 사용되는 경우, 검출 시스템(34)의 센서(23)는 이러한 위상 감응 검출을 지원할 수 있어야 한다. 일 실시예에서, 센서(23)는 고속 CCD 카메라를 포함한다. 예를 들어 최대 10kHz의 프레임 속도를 갖는 CCD 카메라가 이용 가능하다. 다른 실시예로서, 내부 동기적 검출을 구비하는 카메라가 사용된다. 이러한 카메라는 그 자체로 입력 방사선의 선택된 진폭 변조 주파수로 튜닝될 수 있다. 다른 실시예에서, 광섬유의 어셈블리가 사용된다. 이러한 구성의 일 실시예가 도 11에 개략적으로 도시되어 있다. (도 11의 하단부에 있는) 광섬유(110)의 단부는 이미지 평면에서 2D 어레이로 배열된다. 각각의 광섬유 단부는 센서(23)의 픽셀에 대응한다. (검출 시스템(34)에 의해 수광된 방사선의 일부를 형성하는) 각각의 광섬유(110)에 의해 수광된 방사선은 광섬유에 의해 복수의 개별 센서 유닛(112)(예컨대, 고속 검출기) 중 해당 센서 유닛으로 전달된다(하나의 광 섬유(110)에 대해 일점 쇄선(114)으로 개략적으로 도시됨). 이러한 배열은 센서 유닛(112)이 이미지 평면에 위치되는 경우에 가능한 것보다 센서 유닛(112)을 위한 더 많은 공간을 제공한다.

출력 방사선 빔 내에서의 컴포넌트들의 변조는, 센서(23)에 의해 검출되는 방사선 패턴에 대한 기여분이 최종 방사선 패턴 내에서 공간적으로 중첩되는 경우라도 상이한 기여분이 서로 구별되도록 한다. 예를 들어, 서로 다른 파장 대역으로부터의 기여분이 서로 구별 가능하도록 서로 다른 파장 대역으로부터의 기여분이 센서(23)에서 서로 공간적으로 분리될 필요는 없다. 이로써 높은 공간 분해능 하이퍼스펙트럴 측정치를 보다 쉽게 얻을 수 있다.

서로 상이한 파장 대역이 다르게 변조되는 경우, 복수의 상이한 파장 대역에 대해 빔 처리 장치로부터의 출력 방사선 빔이 그로부터 산란된 구조체를 동시에 측정하는 것이 가능하다. 그러므로 이러한 측정은 단일 파장 대역으로 제한되지 않기 때문에 구조체에 대한 고품질 측정이 이루어질 수 있다. 상이한 시간에 상이한 파장 대역을 사용하여 측정을 수행할 필요가 없으므로 측정이 높은 효율로 이루어질 수 있다.

위상 감응 검출(동기적 검출)을 이용하면 신호에 대한 노이즈 기여분을 제거하여 신호 대 노이즈 비율을 개선하는 데 도움이 된다. 위상 감응 검출(동기적 검출)는 정적 및 동적 노이즈 소스를 모두 억제하는 것으로 알려져 있다(예컨대, 1/f 노이즈 감소).

서로 다른 측정에 사용되는 방사선 대역 간의 크로스토크를 줄일 수 있다. 예를 들어, 특정 대역의 방사선을 사용하여 타겟 자체의 감지와는 별개인 포커스 측정 또는 정렬 측정을 수행하는 것이 통상적이다. 예를 들어, 포커스 측정은 600-700nm 범위의 파장에서(예를 들어, 10-50nm의 대역폭으로) 그리고 750-800nm 범위의 파장에서(예를 들어, 10-50nm의 대역폭으로) 방사선을 사용하여 수행할 수 있다. 실시예는 상이한 측정 목적을 위한 방사선이 서로 다르게 변조될 수 있게 함으로써, 상이한 측정 간의 원하지 않는 크로스토크를 감소시킨다.

도 6 내지 도 8에 도시되고 도 9 및 도 10을 참조하여 논의되는 실시예에서는, 입력 방사선을 복수의 컴포넌트로 분할하는 광학 시스템이 이러한 복수의 컴포넌트를 변조기(60) 상의 복수의 상이한 영역 상으로 지향시킨다. 그러면 변조는 컴포넌트가 입사되는 변조기의 영역의 함수로서 각각의 컴포넌트에 대해 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 변조기(60)는 프로그램 가능한 요소들의 어레이를 포함하는 공간 광 변조기(SLM)를 포함한다. 일 실시예에서, 이러한 요소들은 미러이고, SLM은 (상술한) 프로그램 가능한 미러 어레이 또는 디지털 미러 장치(DMD)로 지칭된다. LC 셀 및 LCOS 디바이스를 기반으로 하는 SLM을 포함하여 기타 다른 SLM도 사용 가능하며, 이는 디지털 투영 분야에서 잘 알려져 있다. 변조기(60) 상의 영역들 각각은 프로그램 가능 요소들의 하나 또는 그룹을 포함할 수 있다. 따라서, 프로그래밍 가능한 요소는 각각의 영역에 독립적인 변조를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 변조는 예를 들어 진폭 변조를 포함할 수 있다.

서로 상이한 컴포넌트의 독립적인 변조는 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 변조기(60)는 제1 컴포넌트를 제2 컴포넌트와 다르게 변조할 수 있다(예를 들어, 제1 주파수에서 제1 컴포넌트를 진폭 변조하고 제2 주파수에서 제2 컴포넌트를 진폭 변조). 선택적으로 또는 추가적으로, 변조기(60)는 제1 컴포넌트를 변조할 수 있고 제2 컴포넌트를 변조하지 않을 수도 있다.

일 실시예로서, 입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하는 광학 시스템은, 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 컴포넌트 중 적어도 하나가 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 컴포넌트 중 적어도 다른 하나에 비해 상이한 파장 대역의 방사선을 포함하도록 구성된다. 서로 다른 컴포넌트의 서로 다른 파장 대역은 서로 중첩될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 서로 상이한 파장 대역은 모든 다른 파장 대역으로부터 분리되는 이산적인 파장 대역을 포함할 수 있거나 또는 서로 상이한 파장 대역이 함께 파장의 연속적인 확산을 형성할 수 있다.

도 6 및 도 8에 도시된 실시예에서, 광학 시스템은 분산형 요소(52A, 72)를 포함한다. 분산형 요소(52A, 72)는 방사선의 파장에 의존하는 방식으로 방사선 빔의 전파 방향을 변화시킬 수 있는 임의의 요소를 포함할 수 있다. 분산형 요소(52A, 72)는 입력 방사선 빔의 분할을 제공한다. 분산형 요소(52A, 72)는 예를 들어 회절 격자 또는 분산형 글라스를 갖는 프리즘을 포함할 수 있다.

변조기(60)는 다양한 방식으로 서로 상이한 파장 대역을 변조할 수 있다. 일 실시예에서, 상이한 변조가 복수의 상이한 방사선 파장 대역 각각에 적용된다. 일 실시예로서, 상이한 파장 대역 중 2개 이상이 서로 중첩된다. 다른 실시예로서, 상이한 파장 대역 중 어느 것도 서로 중첩되지 않는다. 도 9 및 도 10은 몇몇 비-제한적인 가능한 예를 나타낸다.

도 9는 변조기(60)의 프로그램 가능한 요소들(90)의 어레이를 도시한다. 도 10은 서로 다르게 변조되는 영역(101-104)을 도시한다. 명확화를 위해 상대적으로 적은 수의 프로그램 가능한 요소(90)가 도시되어 있다. 실제 시스템은 더 많은 수의 프로그램 가능한 요소(90)를 갖는 어레이를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 광대역 방사선 소스(11)가 제공되고, 빔 처리 장치(30)의 광학 시스템은, 도 9 및 도 10의 배향으로 어레이를 가로질러 좌측에서 우측으로, 방사선의 파장에 따라 변조기(60)의 표면을 가로질러 입력 방사선 빔을 확산시킨다. 이는 예를 들어 회절 격자 또는 프리즘을 사용하여 달성될 수 있다. 어레이의 동일 행에 있는 각각의 요소(90)는 그 행의 나머지 모든 요소에 대해 상이한 파장 대역 내에서 방사선을 수광한다. 동일한 열에 있는 각각의 요소(90)는 열의 나머지 모든 요소(90)와 동일한 파장 대역 내에서 방사선을 수광한다.

프로그래밍 가능한 요소(90)의 상이한 조합을 사용하여 수많은 다른 종류의 변조가 적용될 수 있다. 도 9 및 도 10의 예에서, 프로그래밍 가능한 요소(90)의 어레이는 4개의 상이한 그룹의 요소들(91-94)로 분할된다: 행 1 및 2(91); 행 3 및 4(92); 행 5 및 6(93); 및 행 7 및 8(94).

행 1 및 2(91)는 도 9 및 도 10에 도시된 변조기(60) 부분에 입사되는 모든 파장 범위에 걸친 단일 영역(101)으로 형성된다. 단일 영역(101)은 변조기(60) 상의 나머지 모든 영역들에 대해 상이하게 변조된다. 변조는 타겟으로부터의 비교적 광대역 산란에 기인하는, 센서(23)로부터 출력되는 신호의 일부를 추출하는 데 사용될 수 있다.

행 3 및 4(92)는 4개의 영역(102)으로 분할된다. 4개의 영역들(102) 각각은 나머지 영역들(102) 각각 및 변조기(60) 상의 모든 다른 영역들과는 다르게 변조된다. 영역(102)에서의 변조는 서로 상이한 중첩되지 않는 방사선 파장 대역으로부터의 산란에 기인하는, 센서(23)로부터 출력된 신호의 부분들을 추출하는 데 사용될 수 있다. 영역들(102)에 대응하는 파장 대역들은 서로 중첩되지 않지만, 행 1 및 2의 보다 넓은 영역(101)에 의해 샘플링된 더 넓은 파장 대역과 중첩된다.

행 5 및 6(93)는 24개의 영역(103)으로 분할된다. 이러한 예에서, 24개의 영역들(103) 각각은 나머지 영역들(103) 각각 및 변조기(60) 상의 모든 다른 영역들과는 다르게 변조된다. 다른 실시예에서, 2 이상의 영역(103)이 동일한 변조를 가질 수도 있다. 영역(103)에서의 변조는 서로 상이한 중첩되지 않는 방사선 파장 대역으로부터의 산란에 기인하는, 센서(23)로부터 출력된 신호의 부분들을 추출하는 데 사용될 수 있다. 영역(103)에 의해 샘플링된 서로 상이한 중첩되지 않는 방사선 파장 대역은 영역(102)에 의해 샘플링된 상이한 중첩되지 않는 방사선 파장 대역보다 좁고, 따라서 더 높은 스펙트럼 분해능을 제공하게 된다.

영역(102) 및 영역(103)은, 함께 연속 스펙트럼을 형성하게 되는 복수의 상이한 파장 대역에 상이한 변조가 적용되도록 한다. 그러나 이는 행 7 및 8의 배열에 의해 예시되는 바와 같이 필수적인 것은 아니다.

행 7 및 8(94)은 8개의 영역(104)으로 분할되며, 이는 각각 수평 방향으로 서로 분리된다. 이러한 예에서, 8개의 영역들(104) 각각은 나머지 영역들(104) 각각 및 변조기(60) 상의 모든 다른 영역들과는 다르게 변조된다. 다른 실시예에서, 둘 이상의 영역(104)이 동일한 변조를 가질 수도 있다. 영역(104)에서의 변조는, 각각 서로로부터 분리되는 서로 상이한 중첩되지 않는 방사선 파장 대역으로부터의 산란에 기인하는, 센서(23)로부터 출력된 신호의 부분들을 추출하는 데 사용될 수 있다.

입력 방사선 빔의 매우 유연한 변조는 서로 상이한 파장 대역을 사용하여 그에 상응하게 유연한 측정을 가능하게 한다. 대역폭은 원하는 대로 변경할 수 있다. 중복되는 대역을 동시에 측정할 수도 있다. 상대적으로 광대역 방사선을 필요로 하는 측정은, 더 좁은 대역 또는 다중-색상 대역을 필요로 하는 측정과 동시에 이루어질 수 있으며, 이러한 측정 간에 간섭(또는 크로스토크)이 없거나 최소화된다. 동시에 측정할 수 있는 파장 대역(색상)의 최대 개수는 노출(측정) 시간에 따라 달라진다: t가 마크당 총 측정 시간이라면 필요한 대역폭은 대략

이고, 예컨대

에 대해서

이다.

도 6, 도 7 및 도 8은 방사선 빔의 분할, 독립적인 변조 및 재결합을 달성하기 위한 예시적인 변조 광학 시스템(38)을 나타낸다. 두 변조 광학 시스템(38)은 일련의 컴포넌트를 사용하는데 이들은, 표준적인 단색화장치를 위해 사용가능한 것과 유사하지만 여기서는 원치않는 파장 컴포넌트를 필터링하기보다는 입력 방사선 빔의 서로 상이한 파장 컴포넌트들을 변조기의 상이한 영역들로 지향시키는 데 사용된다. 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 도 6 및 도 7의 실시예에서는, 2개의 그러한 단색화장치-스타일 구성이 서로 배면을 맞댄 배치로 제공된다. 도 8의 실시예에서는, 방사선이 변조 광학 시스템(38)에 의해 처리됨에 따라 두 번 가로지르게 되는 하나의 단색화장치 배열이 제공된다.

일 실시예에서, 광학 시스템은 제1 광 경로가 제1 초점(50)으로부터 변조기(60)로 전파되는 방사선에 의해 채택되도록 되어 있다. 제2 광 경로는 변조기(60)로부터 제2 초점(55)으로 전파되는 방사선에 의해 채택된다.

다양한 실시예로서, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 적어도 방사선이 시준된 형태가 아닌 제1 광 경로의 부분에 대하여, 제1 광 경로의 기하구조는 제2 광 경로의 기하구조와 동일하거나 서로 미러 대칭이다. 이러한 원리는 제1 광 경로 내의 상이한 컴포넌트들의 분할이 제2 광 경로에서는 정확히 반전되도록 하여 재결합된 출력 방사선 빔을 제공하도록 하는 간단하고 신뢰성있는 방법을 제공한다. 선택적으로, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 제1 광 경로의 경로 길이는 제2 광 경로의 경로 길이와 실질적으로 동일하다.

도 6 및 도 7의 예에서, 방사선은 제1 초점(50)으로부터 미러(51A)를 통해 분산형 요소(52A) 상으로 지향된다. 분산형 요소(52A)는 예를 들어 반사형 회절 격자일 수 있다. 방사선은, 분산형 요소(52A)로부터 미러(53A)를 통해 변조기 및 빔 분리 서브 시스템(54) 상으로 (방사선 파장의 함수로서의) 서로 상이한 경로를 따라 지향된다. 변조기 및 빔 분리 서브 시스템(54)은 변조기(60) 및 변조기(60)로의 입사 방사선 및/또는 변조기(60)로부터의 출사 방사선을 분리하기 위한 광학기기를 포함한다.

도 7은 도 6의 변조 광학 시스템(38)에 적합한 변조기 및 빔 분리 서브 시스템의 예시적인 구성을 나타낸다. 이러한 특정 실시예에서, 변조기 및 빔 분리 서브 시스템(54)은 변조기(60)(예를 들어, DMD와 같은 프로그램 가능한 요소들의 어레이) 및 TIR(내부 전반사) 프리즘(도시된 예에서 두 프리즘(61, 62)의 조합)을 포함한다. TIR 프리즘은, 예를 들어 DMD를 사용하는 디지털 투영기와 관련하여, DMD와 같은 프로그램 가능한 요소들의 어레이로의 입사 빔 및 어레이로부터의 출사 빔을 분리하기 위해 사용되는 것으로 알려져 있다.

도 6은, 제1 광 경로 내의 복수의 광학 요소와 광학적으로 동일한 추가 컴포넌트가 제2 광 경로에 제공되고, 이러한 추가 컴포넌트가, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 적어도 방사선이 시준된 형태가 아닌 제1 광 경로의 부분들에 대하여, 제1 광 경로의 기하구조가 제2 광 경로의 기하구조와 동일하거나 미러 대칭이 되도록 구성된 실시예의 예시이다. 이러한 특정 실시예에서, 추가 컴포넌트는 또한, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 제1 광 경로의 경로 길이가 제2 광 경로의 경로 길이와 실질적으로 동일하게 되도록 구성된다. 도 6의 예에서, 제1 광 경로 내의 광학 요소(51A, 52A, 53A)는 역의 순서로 마주하게 되는, 제2 광 경로 내의 상응하는 요소(51B, 52B, 53B)를 가지게 되며(광학적으로 동일함) 따라서 요소(51B, 52B 및 53B)는 위에서 언급한 추가 컴포넌트의 예이다. 따라서, 방사선은 제1 초점(50)으로부터 미러(51A)로 발산되고, 분산형 요소(52A)에 의해 분할되며, 변조기(60)에 의해 변조되고, 분산형 요소(52B)에 의해 재결합되고, 제2 초점(55)에서 미러(51B)에 의해 다시 포커싱된다. 요소(51A)로부터 요소(54)까지의 각각의 상이한 파장에 대한 광 경로의 기하구조는 요소(51B)로부터 요소(54)까지의 각각의 상이한 파장에 대한 광 경로의 기하구조와 동일하거나 미러 대칭이다.

도 8은, 복수의 광학 요소가 제1 광 경로 및 제2 광 경로에 공통되고, 제1 광 경로와 제2 광 경로의 적어도 일부에 대하여 제1 광 경로는 제2 광 경로의 정확한 역(reverse)이 되는 대안적인 실시예의 예시를 나타낸다. 따라서, 방사선은 제1 초점(50)으로부터 미러(71)로 발산되고, 분산형 요소(72)에 의해 분할되며, 미러(73)에 의해 변조기 상으로 지향되고, 변조기(60)에 의해 변조되며, 미러(73)에 의해 분산형 요소(72) 상으로 다시 지향되며, 분산형 요소(72)에 의해 변조되고, 미러(71)에 의해 제2 초점(55)에 다시 포커싱된다. 제1 초점(50)으로부터 변조 광학 시스템(38)으로 들어가는 방사선은 빔 스플리터(70)에 의해 제2 초점(55)을 통해 변조 광학 시스템(38)을 떠나는 방사선으로부터 분리된다. 빔 스플리터(70)는 예를 들어 무편광 빔 스플리터(NPBS)일 수 있다. 도 8의 배치는 바람직하게는 도 6 및 도 7의 배치보다 더 적은 수의 컴포넌트를 이용해서 구현될 수 있고 더 소형화될 수 있다.

상기 실시예에서, 서로 상이한 파장 대역에 상이한 변조를 적용하기 위해 입력 방사선 빔이 분할된다. 다른 실시예로서, 대안적으로 또는 부가적으로, 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 컴포넌트 중 적어도 하나가 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 컴포넌트 중 적어도 다른 하나에 비해 상이한 편광 상태를 가진다. 이러한 실시예에서, 상이한 변조가 상이한 편광 컴포넌트에 적용될 수 있다.

측정 시스템(30)은 리소그래피 시스템에서 계측 장치로서 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 리소그래피 프로세스를 수행하기 위한 리소그래피 장치는 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 구조체에 대한 측정 시스템에 의한 측정 결과를, 예를 들어 후속 리소그래피 프로세스를 수행할 때 사용한다.

본 명세서에 설명된 개념을 사용하면, 각 파장을 개별적으로 선택하여 다수의 측정을 일련으로 수행해야 하는 대신에 멀티스펙트럼 측정의 병렬적인 판독이 가능하게 된다. 이러한 측정은 예를 들어, 오버레이 타겟에 대한 오버레이 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다.

서로 다른 파장으로의 병렬적인 측정은 측정을 더욱 견고(robust)하게 한다. 예를 들어, 다수의 색상을 결합하여(예컨대, 블라인드 소스 분리 기법을 사용하여) 더 나은 비대칭 보정을 이룰 수 있다.

본 명세서에 개시된 개념은 모니터링 목적으로 구조체에 대한 리소그래피 후(post-lithography) 측정 이외에도 유용성을 찾을 수 있다. 예를 들어 이러한 검출기 아키텍처는, 패터닝 프로세스 동안 기판을 정렬하기 위해 리소그래피 장치에 사용되는, 동공면 검출에 기초하는 장래의 정렬 센서 개념에 이용될 수도 있다.

앞서 기술한 타겟은 측정의 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟이지만, 이와 다른 실시예에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분에 해당하는 타겟 상에서 특성이 측정될 수 있다. 많은 디바이스가 규칙적이고 격자 모양인 구조를 가지고 있다. 본 명세서에서 사용되는 "타겟 격자" 및 "타겟"이라는 용어는 수행되는 측정을 위해 특별히 구조체가 제공될 것을 요하지 않는다.

계측 장치는 도 2를 참조하여 상술한 리소그래피 셀(LC)과 같은 리소그래피 시스템에 사용될 수 있다. 리소그래피 시스템은 리소그래피 프로세스를 수행하는 리소그래피 장치(LA)를 포함한다. 리소그래피 장치는, 예컨대 후속하여 리소그래피 프로세스를 수행할 때, 예를 들어 후속하는 리소그래피 프로세스를 개선하기 위해, 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 구조체에 대한 계측 장치에 의한 측정 결과를 이용하도록 구성될 수 있다.

일 실시예는, 리소그래피 프로세스에 관한 정보를 얻기 위해 구조체 상의 타겟을 측정하고 및/또는 측정치를 분석하는 방법을 기술하는 기계 판독 가능 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 또한, 그러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)가 제공될 수 있다. 기존 리소그래피 또는 계측 장치가 이미 생산 및/또는 사용 중에 있는 경우, 본 발명은 프로세서로 하여금 여기에 설명된 방법을 수행하게 하는 업데이트된 컴퓨터 프로그램 제품을 제공함으로써 구현될 수 있다.

본 명세서에서는, 집적회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대해 특정하게 언급하였지만, 본원에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 레티클, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 기타 응용예들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 다른 응용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예컨대 트랙(전형적으로 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 계측 툴, 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 경우, 이러한 기판 처리 툴과 여타 기판 처리 툴에 본 명세서의 개시 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예컨대 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 지칭할 수도 있다.

광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 발명은 다른 응용예, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서도 이용될 수 있고, 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않음이 인식될 것이다. 임프린트 리소그래피에서 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성되는 패턴을 규정한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있고, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후 레지스트로부터 떨어지도록 분리되어 레지스트에 패턴을 남겨둔다.

본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV)선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV)선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선 뿐만 아니라 이온 빔 또는 전자 빔 등의 입자 빔을 포괄한다.

문맥이 허용하는 경우, "렌즈"라는 용어는 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형 및 정전형 광학 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 광학 컴포넌트 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.

본 발명에 따른 추가 실시예는 아래의 번호가 매겨진 조항에서 추가로 기술된다.

1. 측정 시스템으로서,

입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하도록 구성된 제1 광학 시스템;

상기 복수의 컴포넌트를 수광하고, 상기 컴포넌트 중 적어도 하나에, 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나와는 독립적으로 변조를 적용하도록 구성된 변조기; 및

상기 복수의 컴포넌트로 타겟을 조명하고 상기 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출 시스템으로 지향시키도록 구성된 제2 광학 측정 시스템.을 포함하며,

상기 검출 시스템은, 상기 변조기에 의해 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조에 기초하여, 상기 검출 시스템으로 지향된 상기 방사선의 하나 이상의 컴포넌트의 각각을 구별하거나 또는 하나 이상의 컴포넌트 그룹의 각각을 구별하도록 구성되는, 측정 시스템.

2. 제1조항에 있어서,

상기 제1 광학 시스템은 출력 방사선 빔을 형성하도록 상기 변조기로부터 출력된 컴포넌트를 재결합하도록 추가로 구성되며,

상기 복수의 컴포넌트로 타겟을 조명하는 것은, 상기 출력 방사선 빔으로 상기 타겟을 조명하는 것을 포함하는, 측정 시스템.

3. 제1조항 또는 제2조항에 있어서, 상기 검출 시스템은, 상기 변조기에 의해 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조의 주파수에 기초하는 위상 감응 검출을 이용하여, 상기 하나 이상의 컴포넌트의 각각의 구별 또는 상기 하나 이상의 컴포넌트 그룹의 각각의 구별을 수행하도록 구성되는, 측정 시스템.

4. 제1조항 내지 제3조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 검출 시스템은 상기 변조기에 의해 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조를 등록(register)할 수 있는 응답 속도를 갖는 센서를 포함하는, 측정 시스템.

5. 제4조항에 있어서, 상기 센서는 복수의 센서 유닛 및 대응하는 복수의 광섬유를 포함하고, 각각의 광섬유는 상기 검출 시스템에 의해 수광된 방사선을 상기 복수의 센서 유닛 중 각각의 센서 유닛에 전달하도록 구성되는, 측정 시스템.

6. 제1조항 내지 제5조항 중 어느 한 조항에 있어서,

상기 제1 광학 시스템은 상기 복수의 컴포넌트를 상기 변조기 상의 대응하는 복수의 상이한 영역들 상으로 지향시키도록 구성되는, 측정 시스템.

7. 제6조항에 있어서, 상기 변조는 상기 컴포넌트가 입사되는 변조기의 영역의 함수로서 각각의 컴포넌트에 대해 선택되는, 측정 시스템.

8. 제7조항에 있어서, 상기 변조기는 복수의 개별적으로 제어 가능한 요소들을 포함하는 공간 광 변조기를 포함하고, 상기 영역의 각각은 상기 개별적으로 제어 가능한 요소들 중 하나 또는 그룹을 포함하는, 측정 시스템.

9. 제1조항 내지 제8조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 변조는 진폭 변조를 포함하는 것인 측정 시스템.

10. 제1조항 내지 제9조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 변조기는 제1 컴포넌트를 제2 컴포넌트와 상이하게 변조하거나 또는 제1 컴포넌트를 변조하고 제2 컴포넌트를 변조하지 않도록 구성되는 측정 시스템.

11. 제1조항 내지 제10조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템은, 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 하나가 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나에 비해 상이한 파장 대역의 방사선을 포함하도록 구성되는, 측정 시스템.

12. 제1조항 내지 제11조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템은 상기 방사선의 파장의 함수로서 방사선을 재지향시킴으로써 상기 입력 방사선 빔의 분할을 제공하도록 구성된 분산형 요소를 포함하는, 측정 시스템.

13. 제12조항에 있어서, 상기 분산형 요소는 회절 격자 또는 프리즘을 포함하는 측정 시스템.

14. 제11조항 내지 제13조항 중 어느 한 조항에 있어서, 복수의 상이한 방사선 파장 대역 각각에 상이한 주파수의 변조를 적용하도록 구성되는 측정 시스템.

15. 제14조항에 있어서, 상기 상이한 파장 대역 중 2개 이상이 서로 중첩되는 시스템.

16. 제14조항에 있어서, 상기 상이한 파장 대역 중 어느 것도 서로 중첩되지 않는 측정 시스템.

17. 제1조항 내지 제16조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템은, 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 하나가 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나에 비해 상이한 편광 상태를 갖도록 구성되는, 측정 시스템.

18. 제17조항에 있어서, 입력 방사선 빔의 복수의 상이한 편광 컴포넌트 각각에 상이한 주파수의 변조를 적용하도록 구성되는 측정 시스템.

19. 제1조항 내지 제18조항 중 어느 한 조항에 있어서,

제1 광학 시스템은 제1 광 경로가 제1 초점으로부터 상기 변조기로 전파되는 방사선에 의해 채택되고 제2 광 경로가 상기 변조기로부터 제2 초점으로 전파되는 방사선에 의해 채택되는, 측정 시스템.

20. 제19조항에 있어서, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 상기 방사선이 시준된 형태가 아닌 적어도 상기 제1 광 경로의 부분에 대하여, 상기 제1 광 경로의 기하구조는 상기 제2 광 경로의 기하구조와 동일하거나 서로 미러 대칭인, 측정 시스템.

21. 제19조항 또는 제20조항에 있어서, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 상기 제1 광 경로의 경로 길이는 상기 제2 광 경로의 경로 길이와 실질적으로 동일한, 측정 시스템.

22. 제19조항 내지 제21조항 중 어느 한 조항에 있어서, 복수의 광학 요소가 상기 제1 광 경로 및 상기 제2 광 경로에 공통되고, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 상기 제1 광 경로와 상기 제2 광 경로의 적어도 일부에 대하여 상기 제1 광 경로는 제2 광 경로의 정확한 역(reverse)이 되는, 측정 시스템.

23. 제19조항 내지 제22조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 광 경로 내의 복수의 광학 요소와 광학적으로 동일한 추가 컴포넌트가 상기 제2 광 경로에 제공되고, 상기 추가 컴포넌트는, 상기 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 적어도 방사선이 시준된 형태가 아닌 제1 광 경로의 부분들에 대하여, 상기 제1 광 경로의 기하구조가 상기 제2 광 경로의 기하구조와 동일하거나 미러 대칭이 되도록 구성되는, 측정 시스템.

24. 제1조항 내지 제23조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 입력 방사선 빔은 시준되고 상기 출력 방사선 빔은 시준되는, 측정 시스템.

25. 제1조항 내지 제24조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 변조는 시간상 변조를 포함하는 것인 측정 시스템.

26. 제1조항 내지 제25조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 타겟은 리소그래피 장치에 의해 형성된 구조체인, 측정 시스템.

27. 리소그래피 시스템으로서,

리소그래피 프로세스를 수행하도록 구성된 리소그래피 장치; 및

제1조항 내지 제26조항 중 어느 한 조항에 따른 시스템을 포함하고,

상기 리소그래피 장치는 상기 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 구조체에 대한 상기 측정 시스템에 의한 측정 결과를 사용하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.

28. 타겟을 측정하는 방법으로서,

입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하는 단계;

상기 컴포넌트 중 적어도 하나에, 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나와는 독립적으로 변조를 적용하는 단계;

상기 복수의 컴포넌트로 타겟을 조명하는 단계;

상기 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및

각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조에 기초하여, 상기 타겟에 의해 산란된 방사선의 하나 이상의 컴포넌트의 각각을 구별하거나 또는 컴포넌트의 하나 이상의 그룹의 각각을 구별하는 단계를 포함하는, 타겟 측정 방법.

29. 제28조항에 있어서,

상기 복수의 컴포넌트들은 변조 후에 단일 출력 방사 빔으로 재결합되며;

상기 복수의 컴포넌트로 타겟을 조명하는 것은, 상기 출력 방사선 빔으로 상기 타겟을 조명하는 것을 포함하는, 타겟 측정 방법.

30. 제28조항 또는 제29조항에 있어서, 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조의 주파수에 기초하는 위상 감응 검출을 이용하여, 상기 하나 이상의 컴포넌트의 각각의 구별 또는 상기 하나 이상의 컴포넌트 그룹의 각각의 구별이 수행되는, 타겟 측정 방법.

31. 제28조항 내지 제30조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 타겟에 의해 산란된 방사선의 검출은 각 컴포넌트 또는 각 컴포넌트 그룹에 적용된 변조를 등록할 수 있는 응답 속도를 갖는 검출 시스템을 사용하여 수행되는 타겟 측정 방법.

32. 제31조항에 있어서, 상기 검출 시스템은 복수의 센서 유닛 및 대응하는 복수의 광섬유를 포함하고, 각각의 광섬유는 상기 검출 시스템에 의해 수광된 방사선을 상기 복수의 센서 유닛 중 각각의 센서 유닛에 전달하는 것인, 타겟 측정 방법.

33. 제28조항 내지 제32조항 중 어느 한 조항에 있어서,

상기 복수의 컴포넌트를 변조기 상의 대응하는 복수의 상이한 영역들 상으로 지향시킴으로써 변조가 적용되는, 타겟 측정 방법.

34. 제33조항에 있어서, 상기 변조는 상기 컴포넌트가 입사되는 변조기의 영역의 함수로서 각각의 컴포넌트에 대해 선택되는, 타겟 측정 방법.

35. 제34조항에 있어서, 상기 변조기는 복수의 개별적으로 제어 가능한 요소들을 포함하는 공간 광 변조기를 포함하고, 상기 영역의 각각은 상기 개별적으로 제어 가능한 요소들 중 하나 또는 그룹을 포함하는, 타겟 측정 방법.

36. 제28조항 내지 제35조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 변조는 진폭 변조를 포함하는 것인 타겟 측정 방법.

37. 제28조항 내지 제36조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 변조기는 제1 컴포넌트를 제2 컴포넌트와 상이하게 변조하거나 또는 제1 컴포넌트를 변조하고 제2 컴포넌트를 변조하지 않는 타겟 측정 방법.

38. 제28조항 내지 제37조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 하나가 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나에 비해 상이한 파장 대역의 방사선을 포함하는, 타겟 측정 방법.

39. 제28조항 내지 제38조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선의 파장의 함수로서 방사선을 재지향시킴으로써 상기 입력 방사선 빔의 분할을 제공하도록 분산형 요소가 사용되는, 타겟 측정 방법.

40. 제39조항에 있어서, 상기 분산형 요소는 회절 격자 또는 프리즘을 포함하는 타겟 측정 방법.

41. 제38조항 내지 제40조항 중 어느 한 조항에 있어서, 복수의 상이한 방사선 파장 대역 각각에 상이한 주파수의 변조가 적용되는 타겟 측정 방법.

42. 제41조항에 있어서, 상기 상이한 파장 대역 중 2개 이상이 서로 중첩되는 타겟 측정 방법.

43. 제41조항에 있어서, 상기 상이한 파장 대역 중 어느 것도 서로 중첩되지 않는 타겟 측정 방법.

44. 제28조항 내지 제43조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 하나가 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나에 비해 상이한 편광 상태를 갖는, 타겟 측정 방법.

45. 제44조항에 있어서, 입력 방사선 빔의 복수의 상이한 파장 대역 각각에 상이한 주파수의 변조가 적용되는 타겟 측정 방법.

46. 제28조항 내지 제35조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 입력 방사선 빔은 시준되고 상기 출력 방사선 빔은 시준되는 타겟 측정 방법.

47.28조항 내지 제46조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 변조는 시간상 변조를 포함하는 것인 타겟 측정 방법.

48. 제28조항 내지 제47조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 타겟은 리소그래피 장치에 의해 형성된 구조체인, 타겟 측정 방법.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명의 일반적인 본질을 충분히 드러낼 것이므로, 당업계 내의 지식을 적용함으로써, 과도한 실험없이, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고도, 이러한 특정 실시예를 용이하게 수정하고 및/또는 다양한 응용을 위해 적응시킬 수 있을 것이다. 그러므로, 그러한 적응예 및 수정예는 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여 개시된 실시예의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 어구 또는 용어는 이러한 교시 및 지침에 비추어 당업자에 의해 해석될 수 있도록 설명을 하기 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다.

본 발명의 범위 및 폭은 전술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구 범위 및 그 균등범위에 따라서만 규정되어야 한다.

Claims (15)

1. 측정 시스템으로서,
   입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하도록 구성된 제1 광학 시스템;
   상기 복수의 컴포넌트를 수광하고, 상기 컴포넌트 중 적어도 하나에, 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나와는 독립적으로 변조를 적용하도록 구성된 변조기; 및
   상기 복수의 컴포넌트를 서로 평행하게 타겟에 조명하고 상기 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출 시스템으로 지향시키도록 구성된 제2 광학 시스템을 포함하며,
   상기 검출 시스템은, 상기 변조기에 의해 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조에 기초하여, 상기 검출 시스템으로 지향된 상기 방사선의 하나 이상의 컴포넌트의 각각을 구별하거나 또는 하나 이상의 컴포넌트 그룹의 각각을 구별하도록 구성되는, 측정 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 광학 시스템은 출력 방사선 빔을 형성하도록 상기 변조기로부터 출력된 컴포넌트를 재결합하도록 추가로 구성되며,
   상기 복수의 컴포넌트로 타겟을 조명하는 것은, 상기 출력 방사선 빔으로 상기 타겟을 조명하는 것을 포함하는, 측정 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출 시스템은, 상기 변조기에 의해 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조의 주파수에 기초하는 위상 감응 검출을 이용하여, 상기 하나 이상의 컴포넌트의 각각의 구별 또는 상기 하나 이상의 컴포넌트 그룹의 각각의 구별을 수행하도록 구성되는, 측정 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출 시스템은 상기 변조기에 의해 각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조를 등록(register)할 수 있는 응답 속도를 갖는 센서를 포함하는, 측정 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템은 상기 복수의 컴포넌트를 상기 변조기 상의 대응하는 복수의 상이한 영역들 상으로 지향시키도록 구성되는, 측정 시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템은, 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 하나가 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나에 비해 상이한 파장 대역의 방사선을 포함하도록 구성되는, 측정 시스템.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템은 상기 방사선의 파장의 함수로서 방사선을 재지향시킴으로써 상기 입력 방사선 빔의 분할을 제공하도록 구성된 분산형 요소를 포함하는, 측정 시스템.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템은, 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 하나가 상기 입력 방사선 빔을 분할함으로써 생성된 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나에 비해 상이한 편광 상태를 갖도록 구성되는, 측정 시스템.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 광학 시스템은 제1 광 경로가 제1 초점으로부터 상기 변조기로 전파되는 방사선에 의해 채택되고 제2 광 경로가 상기 변조기로부터 제2 초점으로 전파되는 방사선에 의해 채택되는, 측정 시스템.
10. 제9항에 있어서, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 적어도 상기 방사선이 시준된 형태가 아닌 상기 제1 광 경로의 부분에 대하여, 상기 제1 광 경로의 기하구조는 상기 제2 광 경로의 기하구조와 동일하거나 서로 미러 대칭인, 측정 시스템.
11. 제9항에 있어서, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 상기 제1 광 경로의 경로 길이는 상기 제2 광 경로의 경로 길이와 실질적으로 동일한, 측정 시스템.
12. 제9항에 있어서, 복수의 광학 요소가 상기 제1 광 경로 및 상기 제2 광 경로에 공통되고, 복수의 상이한 파장 각각에 대해, 상기 제1 광 경로와 상기 제2 광 경로의 적어도 일부에 대하여 상기 제1 광 경로는 제2 광 경로의 정확한 역(reverse)이 되는, 측정 시스템.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타겟은 리소그래피 장치에 의해 형성된 구조체인, 측정 시스템.
14. 리소그래피 시스템으로서,
    리소그래피 프로세스를 수행하도록 구성된 리소그래피 장치; 및
    제1항 또는 제2항에 따른 측정 시스템을 포함하고,
    상기 리소그래피 장치는 상기 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 구조체에 대한 측정 시스템에 의한 측정 결과를 사용하도록 구성되는, 리소그래피 시스템.
15. 타겟을 측정하는 방법으로서,
    입력 방사선 빔을 복수의 컴포넌트로 분할하는 단계;
    상기 컴포넌트 중 적어도 하나에, 상기 컴포넌트 중 적어도 다른 하나와는 독립적으로 변조를 적용하는 단계;
    상기 복수의 컴포넌트를 서로 평행하게 타겟에 조명하는 단계;
    상기 타겟에 의해 산란된 방사선을 검출하는 단계; 및
    각각의 컴포넌트 또는 각각의 컴포넌트 그룹에 적용된 변조에 기초하여, 상기 타겟에 의해 산란된 방사선의 하나 이상의 컴포넌트의 각각을 구별하거나 또는 컴포넌트의 하나 이상의 그룹의 각각을 구별하는 단계를 포함하는, 타겟 측정 방법.

Images