KR20170059475A

KR20170059475A - 고 개구수 대물 렌즈 시스템

Info

Publication number: KR20170059475A
Application number: KR1020177011048A
Authority: KR
Inventors: 레브 리치코프
Original assignee: 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-05-30
Also published as: JP2017530394A; IL250850A0; WO2016050383A1; CN107076966B; CN107076966A; US20160091797A1; IL250850B; TW201612652A; TWI574122B; US20160356710A1; US9671337B2; US9513559B2

Abstract

넓은 스펙트럼 대역의 파장에 걸쳐 고 개구수, 큰 작동 거리 및 낮은 광학 수차를 갖는 대물 렌즈 시스템이 개시된다. 대물 렌즈 시스템은 제 1 렌즈 그룹, 제 2 렌즈 그룹 및 제 3 렌즈 그룹을 포함한다. 제 1 렌즈 그룹은 대물 렌즈 시스템의 광축을 따라 서로 거리를 두고 위치된 제 1 및 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈들을 포함한다. 거리는 대물 렌즈 시스템의 초점 길이에 의존적일 수 있다. 제 2 렌즈 그룹은 제 1 및 제 2 메니스커스 렌즈들 및 양면-볼록 렌즈를 포함한다. 제 3 렌즈 그룹은 양면-오목 렌즈 및 이중 렌즈를 포함한다.

Description

고 개구수 대물 렌즈 시스템{HIGH NUMERICAL APERTURE OBJECTIVE LENS SYSTEM}

본 출원은 2014년 9월 29일에 출원된 US 출원 62/056701의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용 참조된다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 장치의 검사 시스템에 사용될 수 있는 대물 렌즈 시스템의 다양한 구성에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 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 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선-감응재(레지스트) 층을 갖는 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 부분, 한 개 또는 수 개의 다이를 포함하는) 타겟부 상으로 이미징될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 알려진 리소그래피 장치는, 한 번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.

리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 패터닝된 기판 및/또는 레티클이 검사될 수 있다. 주사 전자 현미경(scanning electron microscope)의 사용을 포함하여 이러한 검사를 수행하는 다양한 기술들, 그리고 다양한 특수 검사 시스템들이 존재하며, 이는 레티클 상의 결함들을 검출하고, 및/또는 예를 들어 기판 상의 패턴들의 임계 치수(CD), 기판 상에 형성된 연속 층들 간의 오버레이 오차를 측정하는 데 사용될 수 있다. 한 가지 타입의 특수 검사 시스템은, 기판 표면 상의 패턴의 타겟 상으로 방사선 빔을 지향하고, 산란 또는 반사된 방사선 빔의 하나 이상의 특성, 예를 들어 파장의 함수로서 단일 반사 각도에서의 세기, 반사된 각도의 함수로서 하나 이상의 파장에서의 세기, 또는 반사된 각도의 함수로서 편광(polarization)을 측정하여, 타겟의 관심 특성이 결정될 수 있는 스캐터로미터(scatterometer)이다. 관심 특성의 결정은 다양한 기술들, 예를 들어 반복적 접근들[예를 들어, RCWA(rigorous coupled wave analysis) 또는 유한 요소법(finite element methods)], 라이브러리 탐색, 및/또는 주성분 분석((principal component analysis)에 의한 타겟 구조체의 재구성(단, 이로 제한되지 않음)에 의해 수행될 수 있다. 두 가지 주요 타입의 스캐터로미터가 알려져 있다. 분광 스캐터로미터(spectroscopic scatterometer)는 기판 상으로 광대역 방사선 빔을 지향하고, 특정한 좁은 각도 범위로 산란되는 방사선 빔의 스펙트럼(파장의 함수로서 세기)을 측정한다. 각도 분해 스캐터로미터(angularly resolved scatterometer)는 단색 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 사용하고, 각도의 함수로서 산란된 방사선 빔의 세기를 측정한다.

검사 대상물(예를 들어, 레티클, 기판의 표면 상의 패턴의 타겟) 상으로 방사선 빔을 지향 및/또는 포커싱하고, 검사 대상물로부터 산란 또는 반사된 광을 수집 및/또는 이미징하기 위해, 이러한 스캐터로미터에 대물 렌즈 시스템들이 사용된다. 대상물의 이미지들로부터 및/또는 수집된 광으로부터 얻어진 정보의 양은 대물 렌즈 시스템의 개구수(NA) 및 스캐터로미터들에 사용된 방사선 빔의 파장들에 따라 달라질 수 있다. 대물 렌즈 시스템의 NA가 높을수록 또한 스캐터로미터들에 사용되는 파장들의 스펙트럼 대역이 더 넓을수록, 조명된 검사 대상물로부터 얻어질 수 있는 정보의 양이 더 많다. 하지만, 검사 시스템에 사용될 수 있는 최고 NA 및 최대 스펙트럼 대역폭은 대물 렌즈 시스템 내의 하나 이상의 렌즈의 디자인 및 구성에 의해 제한된다.

스캐터로메트리 적용들에 현재 사용되는 세 가지 타입: 굴절, 반사 및 카타디옵트릭(catadioptric)의 고 NA 대물 렌즈 시스템들이 존재한다. 몇몇 단점들은 이러한 현재의 대물 렌즈 시스템들의 사용과 연관된다. 현재의 고 NA 굴절 대물 렌즈 시스템의 단점들 중 하나는 작동 거리가 비교적 짧다는 점이다. 예를 들어, 작동 거리는 고 NA(예를 들어, 0.9 내지 0.95)에 대해 일반적으로 0.35 mm 미만이다. 단점들 중 또 다른 하나는 현재의 고 NA 굴절 대물 렌즈 시스템이 광학 성능을 손상시키지 않고 작동할 수 있는 파장들의 스펙트럼 대역이 약 450 내지 700 nm 범위의 파장들로 제한된다는 점이다. 이 파장들의 스펙트럼 대역 밖[예를 들어, 450 nm 파장 아래, 700 nm 파장 위, 410 내지 450 nm 파장 사이, 700 내지 900 nm 파장 사이, DUV(deep ultra violet) 파장, 적외선(IR) 파장]의 현재 굴절 대물 렌즈 시스템들의 사용은 색수차[축 색 수차(axial color aberration)]로 인한 분해능의 손실을 가져온다. 분해능의 손실은 스캐터로미터 측정의 감소된 정확성을 야기할 수 있다.

현재의 카타디옵트릭 및/또는 반사 대물 렌즈 시스템들의 단점들 중 하나는 이러한 시스템들이 0과 동떨어진(far from zero) 큰 페츠발 합(Petzval sum)을 갖고[즉, 이들은 편평한 상면만곡(flat field curvature)을 갖지 않음], 그 결과 상면만곡 수차를 유도한다는 점이다. 퓨필 수차는, 그들의 큰 상면만곡 및 퓨필 크기로 인해 현재의 카타디옵트릭 및/또는 반사 대물 렌즈 시스템들의 단점들 중 또 다른 하나이다. 또한, 현재의 카타디옵트릭 및/또는 반사 대물 렌즈 시스템들은 수집된 광의 양 및 이에 따른 검사 대상물로부터 수집될 수 있는 정보의 양을 감소시키는 차광(obscuration)을 겪는다.

이에 따라, 앞서 언급된 단점들을 갖지 않는 고 NA를 갖도록 구성될 수 있는 개선된 대물 렌즈 시스템에 대한 필요성이 존재한다.

일 실시예에 따르면, 대물 렌즈 시스템은 대물 렌즈 시스템의 광축을 따라 서로 일정 거리에(at a distance) 위치될 수 있는 제 1 및 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(positive meniscus lens)들을 포함하는 제 1 렌즈 그룹을 포함한다. 거리는 대물 렌즈 시스템의 초점 길이에 의존적일 수 있다. 또한, 대물 렌즈 시스템은 삼중 렌즈(triplet lens)를 포함하는 제 2 렌즈 그룹을 포함한다. 삼중 렌즈는 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 제 1 메니스커스 렌즈, 제 3 표면 및 제 4 표면을 갖는 제 2 메니스커스 렌즈, 및 제 5 표면 및 제 6 표면을 갖는 양면-볼록 렌즈(bi-convex lens)를 포함할 수 있다. 제 3 표면은 제 2 표면과 실질적으로 접촉할 수 있고, 제 5 표면은 제 4 표면과 실질적으로 접촉할 수 있다. 또한, 대물 렌즈 시스템은 양면-오목 렌즈(bi-concave lens) 및 이중 렌즈를 포함하는 제 3 렌즈 그룹을 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 검사 시스템은 기판의 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 검사 시스템은 방사선 빔을 생성하도록 구성될 수 있는 방사선 소스, 기판의 표면 상으로 방사선 빔을 포커싱하도록 구성될 수 있는 광학 시스템, 및 기판의 표면으로부터 반사된 방사선 빔을 검출하도록 구성될 수 있는 검출기를 포함한다. 광학 시스템은 대물 렌즈 시스템의 광축을 따라 서로 거리를 두고 위치될 수 있는 제 1 및 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈들을 포함하는 제 1 렌즈 그룹을 포함할 수 있다. 거리는 대물 렌즈 시스템의 초점 길이에 의존적일 수 있다. 또한, 광학 시스템은 제 3 포지티브 메니스커스 렌즈, 제 3 포지티브 메니스커스 렌즈에 접합(cement)되는 네거티브 메니스커스 렌즈(negative meniscus lens), 및 네거티브 메니스커스 렌즈에 접합되는 양면-볼록 렌즈를 포함하는 제 2 그룹을 포함할 수 있다. 또한, 광학 시스템은 양면-오목 렌즈 및 이중 렌즈를 포함하는 제 3 렌즈 그룹을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 리소그래피 장치는 패터닝 디바이스의 패턴을 조명하도록 구성될 수 있는 조명 광학 시스템, 기판의 타겟부 상으로 패턴의 이미지를 투영하도록 구성될 수 있는 투영 시스템, 및 대물 렌즈 시스템을 포함하는, 기판의 특성을 측정하도록 구성될 수 있는 검사 장치를 포함한다. 대물 렌즈 시스템은 대물 렌즈 시스템의 상면만곡 수차 및 퓨필 수차를 보정하도록 구성될 수 있는 제 1 렌즈 그룹을 포함할 수 있다. 제 1 렌즈 그룹은 양면-오목 렌즈 및 이중 렌즈를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 대물 렌즈 시스템은 대물 렌즈 시스템의 광축을 따라 서로 거리를 두고 위치된 제 1 및 제 2 메니스커스 렌즈들을 포함한다. 거리는 대물 렌즈 시스템의 초점 길이에 의존적일 수 있다. 또한, 대물 렌즈는 서로 접촉하는 제 3 및 제 4 메니스커스 렌즈들, 제 4 메니스커스 렌즈와 접촉하는 양면-볼록 렌즈, 삼중 렌즈, 및 삼중 렌즈와 양면-볼록 렌즈 사이의 어퍼처 스톱(aperture stop)을 더 포함할 수 있다.

첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 아래에 자세히 설명된다. 본 발명은 여기에 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않음을 유의한다. 이러한 실시예들은 본 명세서에서 단지 예시의 목적으로만 제시된다. 관련 기술(들)의 당업자라면, 본 명세서에 담긴 교시에 기초하여 추가 실시예들을 명백히 알 것이다.

본 명세서에 포함되며 명세서의 일부분을 형성하는 첨부된 도면들은 본 발명을 예시하며, 또한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하고, 관련 기술(들)의 당업자가 본 발명을 실시 및 이용할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 리소그래피 장치의 개략도;
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과 리소그래피 장치의 개략도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 리소그래피 장치의 상세 개략도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 셀(lithographic cell)의 개략도;
도 4 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 스캐터로미터들의 개략도; 및
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 굴절 대물 렌즈 시스템들의 개략적 단면도이다.
동일한 참조 기호들이 대응하는 요소들을 전부 식별하는 도면들에 관련하여 아래에서 설명되는 상세한 설명으로부터 본 발명의 특징들 및 장점들이 더 명백해질 것이다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 일반적으로 동일하고, 기능적으로 유사한, 및/또는 구조적으로 유사한 요소들을 나타낸다. 요소가 처음 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호의 맨 앞자리 수(들)에 의해 나타내어진다. 다르게 나타내지 않는다면, 본 명세서 전반에 제공되는 도면들은 축적대로 그려진 도면(to-scale drawing)들로 해석되지 않아야 한다.

본 명세서는 본 발명의 특징들을 포함하는 하나 이상의 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시한다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)로 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.

본 명세서에서, "하나의 실시예", "일 실시예", "예시적인 실시예" 등으로 설명된 실시예(들) 및 이러한 언급들은, 설명된 실시예(들)가 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 특성을 초래하는 것은 명확하게 설명되든지 그렇지 않든지 당업자의 지식 내에 있음을 이해한다.

하지만, 이러한 실시예들을 더 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

예시적인 반사 및 투과 리소그래피 시스템들

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 리소그래피 장치(100) 및 리소그래피 장치(100')의 개략도이다. 리소그래피 장치(100) 및 리소그래피 장치(100')는 각각, 방사선 빔(B)[예를 들어, DUV(deep ultra violet) 또는 극자외 방사선]을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL); 패터닝 디바이스[예를 들어, 마스크, 레티클, 또는 동적 패터닝 디바이스(dynamic patterning device)](MA)를 지지하도록 구성되고, 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 및 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 기판(W)을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)을 포함한다. 또한, 리소그래피 장치(100 및 100')는 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(PS)을 갖는다. 리소그래피 장치(100)에서, 패터닝 디바이스(MA) 및 투영 시스템(PS)은 반사형이다. 리소그래피 장치(100')에서, 패터닝 디바이스(MA) 및 투영 시스템(PS)은 투과형이다.

조명 시스템(IL)은 방사선 빔(B)을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기, 전자기, 정전기 또는 여타의 타입의 광학 구성요소들, 또는 이들의 여하한의 조합과 같은 다양한 타입의 광학 구성요소를 포함할 수 있다.

지지 구조체(MT)는, 기준 프레임에 대한 패터닝 디바이스(MA)의 방위, 리소그래피 장치(100 및 100') 중 적어도 하나의 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 패터닝 디바이스(MA)를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 센서들을 이용함으로써, 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)가 예를 들어 투영 시스템(PS)에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다.

"패터닝 디바이스(MA)"라는 용어는, 기판(W)의 타겟부(C)에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔(B)의 단면에 패턴을 부여하는 데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔(B)에 부여된 패턴은 집적 회로를 형성하기 위해 타겟부(C)에 생성될 디바이스의 특정 기능 층에 대응할 수 있다.

패터닝 디바이스(MA)는 [도 1b의 리소그래피 장치(100')에서와 같이] 투과형 또는 [도 1a의 리소그래피 장치(100)에서와 같이] 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스(MA)의 예로는 레티클, 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 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 이용하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 작은 거울들의 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔(B)에 패턴을 부여한다.

"투영 시스템(PS)"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 기판(W) 상에 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 그 여하한의 조합을 포함하는 여하한의 타입의 투영 시스템을 포괄할 수 있다. 다른 가스들은 너무 많은 방사선 또는 전자들을 흡수할 수 있기 때문에, EUV 또는 전자 빔 방사선에 대해 진공 환경이 사용될 수 있다. 그러므로, 진공 벽 및 진공 펌프들의 도움으로 전체 빔 경로에 대해 진공 환경이 제공될 수 있다.

리소그래피 장치(100) 및/또는 리소그래피 장치(100')는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 마스크 테이블)(WT)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 기판 테이블들(WT)이 병행하여 사용될 수 있거나, 하나 이상의 테이블 상에서 준비작업 단계들이 수행되는 동안에, 하나 이상의 다른 기판 테이블(WT)이 노광에 사용될 수 있다. 몇몇 상황들에서, 추가 테이블은 기판 테이블(WT)이 아닐 수 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 소스(SO) 및 리소그래피 장치(100, 100')는 별도의 물리적인 개체일 수 있다. 이러한 경우, 소스(SO)는 리소그래피 장치(100 또는 100')의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔(B)은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)(도 1b)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스(SO)가 수은 램프인 경우, 소스(SO)는 리소그래피 장치들(100 및 100')의 통합부일 수 있다. 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.

일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기(AD)(도 1b)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 "외측-σ" 및 "내측-σ"라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들(도 1b)을 포함할 수 있다. 일루미네이터(IL)는 단면이 원하는 균일성 및 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.

도 1a를 참조하면, 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA)에 의해 패터닝된다. 리소그래피 장치(100)에서, 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된다. 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된 후, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 방사선 빔(B)을 포커싱한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)[예를 들어, 간섭계 디바이스(interferometric device), 리니어 인코더(linear encoder), 또는 용량성 센서(capacitive sensor)]의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 [예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록] 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(IF1)는 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.

도 1b를 참조하면, 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블: MT)에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크: MA)에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 빔을 포커싱한다. 투영 시스템은 조명 시스템 퓨필(IPU)에 켤레인(conjugate) 퓨필(PPU)을 갖는다. 방사선의 일부는 조명 시스템 퓨필(IPU)에서 세기 분포로부터 나오고, 마스크 패턴에서의 회절에 영향을 받지 않고 마스크 패턴을 가로지르며, 조명 시스템 퓨필(IPU)에서 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 경로에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록] 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(도 1b에 명확히 도시되지 않음)는 [예를 들어, 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안] 방사선 빔(B)의 경로에 대해 마스크(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다.

일반적으로, 마스크 테이블(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 달리) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, (예시된 바와 같은) 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 이들은 타겟부들 사이의 공간들에 위치될 수도 있다[스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 마스크(MA)에 하나 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.

마스크 테이블(MT) 및 패터닝 디바이스(MA)는 진공 챔버 내에 있을 수 있으며, 마스크와 같은 패터닝 디바이스들을 진공 챔버 안과 밖으로 이동시키기 위해 진공-내 로봇(in-vacuum robot: IVR)이 사용될 수 있다. 대안적으로, 마스크 테이블(MT) 및 패터닝 디바이스(MA)가 진공 챔버의 외부에 있을 때, 다양한 운송 작업들을 위해 진공-내 로봇(IVR)과 유사하게 진공-외 로봇(out-of-vacuum)이 사용될 수 있다. 진공-내 로봇과 진공-외 로봇 둘 모두는 이송 스테이션의 고정된 운동학적 마운트(fixed kinematic mount)로의 여하한의 페이로드(payload)(예를 들어, 마스크)의 순조로운 이송(smooth transfer)을 위하여 캘리브레이션될 필요가 있다.

리소그래피 장치(100 및 100')는 다음의 모드들 중 적어도 하나에 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔(B)에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상으로 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.

2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다.

3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 본질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안, 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source: SO)가 이용될 수 있으며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 매 이동 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 설명된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 이용될 수도 있다.

또 다른 실시예에서, 리소그래피 장치(100)는 EUV 리소그래피에 대해 EUV 방사선 빔을 생성하도록 구성된 극자외(EUV) 소스를 포함한다. 일반적으로, EUV 소스는 방사선 시스템에 구성되며, 대응하는 조명 시스템은 EUV 소스의 EUV 방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된다.

도 2는 소스 컬렉터 장치(SO), 조명 시스템(IL) 및 투영 시스템(PS)을 포함하는 리소그래피 장치(100)를 더 자세하게 도시한다. 소스 컬렉터 장치(SO)는 소스 컬렉터 장치(SO)의 인클로징 구조체(enclosing structure; 220)에 진공 환경이 유지될 수 있도록 구성되고 배치된다. EUV 방사선 방출 플라즈마(210)는 방전 생성 플라즈마 소스에 의해 형성될 수 있다. EUV 방사선은 전자기 스펙트럼의 EUV 범위의 방사선을 방출하기 위해 초고온 플라즈마(very hot plasma: 210)가 생성되는 가스 또는 증기, 예를 들어 Xe 가스, Li 증기, 또는 Sn 증기에 의해 생성될 수 있다. 초고온 플라즈마(210)는, 예를 들어 적어도 부분적으로 이온화된 플라즈마를 유도하는 전기 방전에 의해 생성된다. 방사선의 효율적인 생성을 위해서는 Xe, Li, Sn 증기 또는 여타 적합한 가스 또는 증기의, 예를 들어 10 Pa의 분압이 요구될 수 있다. 일 실시예에서는, EUV 방사선을 생성하기 위해 여기된 주석(Sn)의 플라즈마가 제공된다.

초고온 플라즈마(210)에 의해 방출되는 방사선은 소스 챔버(211)의 개구부 안이나 뒤에 위치되는 선택적 가스 방벽 또는 오염물 트랩(optional gas barrier or contaminant trap: 230)[몇몇 경우에는, 오염물 방벽 또는 포일 트랩(foil trap)이라 지칭되기도 함]을 통해 소스 챔버(211)로부터 컬렉터 챔버(212) 내로 전달된다. 오염물 트랩(230)은 채널 구조체를 포함할 수 있다. 또한, 오염물 트랩(230)은 가스 방벽, 또는 가스 방벽과 채널 구조체의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 오염물 트랩 또는 오염물 방벽(230)은 적어도 당업계에 알려진 바와 같은 채널 구조체를 포함한다.

컬렉터 챔버(212)는 방사선 컬렉터(CO)를 포함할 수 있으며, 이는 소위 스침 입사 컬렉터(grazing incidence collector)일 수 있다. 방사선 컬렉터(CO)는 상류 방사선 컬렉터 측(251) 및 하류 방사선 컬렉터 측(252)을 갖는다. 컬렉터(CO)를 가로지르는(traverse) 방사선은 격자 스펙트럼 필터(240)에 의해 반사되어 가상 소스 지점(IF)에 포커싱될 수 있다. 가상 소스 지점(IF)은 통상적으로 중간 포커스라고도 칭해지며, 소스 컬렉터 장치는 중간 포커스(IF)가 인클로징 구조체(220)의 개구부(219)에 또는 그 부근에 배치되도록 구성된다. 가상 소스 지점(IF)은 방사선 방출 플라즈마(210)의 이미지이다. 격자 스펙트럼 필터(240)는, 특히 적외(IR) 방사선을 억제하기 위해 사용된다.

후속하여, 방사선은 조명 시스템(IL)을 가로지르며, 이는 패터닝 디바이스(MA)에서 방사선 세기의 원하는 균일성뿐만 아니라, 패터닝 디바이스(MA)에서 방사선 빔(221)의 원하는 각도 분포를 제공하도록 배치된 패싯 필드 거울 디바이스(facetted field mirror device: 222) 및 패싯 퓨필 거울 디바이스(facetted pupil mirror device: 224)를 포함할 수 있다. 지지 구조체(MT)에 의해 유지된 패터닝 디바이스(MA)에서 방사선 빔(221)이 반사될 때, 패터닝된 빔(226)이 형성되며, 패터닝된 빔(226)은 투영 시스템(PS)에 의해 반사 요소들(228, 230)을 거쳐 웨이퍼 스테이지 또는 기판 테이블(WT)에 의해 유지된 기판(W) 상으로 이미징된다.

일반적으로, 조명 광학 유닛(IL) 및 투영 시스템(PS)에는 도시된 것보다 많은 요소들이 존재할 수 있다. 리소그래피 장치의 타입에 따라, 선택적으로 격자 스펙트럼 필터(240)가 존재할 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 것보다 더 많은 거울들이 존재할 수 있으며, 예를 들어 투영 시스템(PS)에는 추가 반사 요소들이 도 2에 도시된 것보다 1 내지 6 개 더 많이 존재할 수 있다.

도 2에 예시된 바와 같은 컬렉터 광학기(CO)는 컬렉터(또는 컬렉터 거울)의 단지 일 예시로서 스침 입사 반사기들(253, 254 및 255)을 갖는 네스티드 컬렉터(nested collector)로서 도시된다. 스침 입사 반사기들(253 254 및 255)은 광축(O)을 중심으로 축방향 대칭으로 배치되며, 이 타입의 컬렉터 광학기(CO)는 흔히 DPP 소스라 칭해지는 방전 생성 플라즈마 소스와 조합하여 사용되는 것이 바람직하다.

예시적인 리소그래피 셀

도 3은 때때로 리소셀(lithocell) 또는 클러스터라고도 칭해지는 리소그래피 셀(300)을 나타낸다. 리소그래피 장치(100 또는 100')는 리소그래피 셀(300)의 일부분을 형성할 수 있다. 또한, 리소그래피 셀(300)은 기판에 전(pre)- 및 후-노광(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판들을 집어올리고, 기판들을 상이한 공정 장치 사이로 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 효율을 최대화하기 위해 상이한 장치가 작동될 수 있다.

예시적인 스캐터로미터들

리소그래피 장치, 예를 들어 리소그래피 장치(100 및/또는 100')에 의해 노광되는 기판들이 정확하고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성들을 측정하도록 노광된 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch)의 다른 기판들이 여전히 노광되도록 충분히 빠르게 행해질 수 있다면, 후속 기판들의 노광에 대해 조정이 수행될 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판들은 벗겨지고 재가공되어 - 수율을 개선하거나 - 폐기될 수 있음에 따라, 결함이 있다고 알려진 기판들에 노광을 수행하지 않는다. 기판의 몇몇 타겟부들에만 결함이 있는 경우, 양호한 타겟부들에만 추가 노광이 수행될 수 있다.

기판들의 특성을 결정하고, 특히 상이한 기판들 또는 동일한 기판의 상이한 층들의 특성들이 층에서 층으로 어떻게 변하는지를 결정하기 위해, 검사 장치가 사용될 수 있다. 검사 장치는 리소그래피 장치, 예를 들어 리소그래피 장치(100 및/또는 100') 또는 리소셀(300) 안으로 통합될 수 있거나, 독립형 디바이스(stand alone device)일 수 있다. 가장 신속한 측정을 가능하게 하기 위하여, 검사 장치는 노광 직후에 노광된 레지스트 층의 특성들을 측정하는 것이 바람직하다. 하지만, 레지스트의 잠상(latent image)은 매우 낮은 콘트라스트(contrast)를 갖고 - 방사선에 노출된 레지스트 부분들과 방사선에 노출되지 않은 레지스트 부분들 사이에는 매우 작은 굴절률 차이만이 존재함 -, 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행할만큼 충분한 민감도를 갖는 것은 아니다. 그러므로, 레지스트의 노광된 부분들과 노광되지 않은 부분들 사이의 콘트라스트를 증가시키며, 통상적으로 노광된 기판들에 수행되는 제 1 단계인 후-노광 베이크(PEB) 단계 이후에 측정들이 행해질 수 있다. 이 스테이지에서, 레지스트의 이미지는 반-잠상(semi-latent)이라고 칭해질 수 있다. 또한, - 레지스트의 노광된 부분들 또는 노광되지 않은 부분들이 제거된 시점에 - 또는 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 수행할 수도 있다. 후자의 가능성은 결함이 있는 기판들의 재작업 가능성을 제한하지만, 여전히 유용한 정보를 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명에서 사용될 수 있는 스캐터로미터(SM1)를 도시한다. 스캐터로미터(SM1)는 리소그래피 장치, 예를 들어 리소그래피 장치(100 및/또는 100') 또는 리소셀(300) 안으로 통합될 수 있거나, 독립형 디바이스일 수 있다. 이는 기판(W) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사된 방사선은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(10)(파장의 함수로서 세기)을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector: 4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시킨 구조 또는 프로파일이 처리 유닛(PU)에 의해, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 도 4의 아래에 도시된 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 구조체의 일반적인 형태가 알려지며, 스캐터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 소수의 파라미터들만을 제외하고는, 구조체가 만들어진 공정의 정보로부터 몇몇 파라미터들이 가정된다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터(normal-incidence scatterometer) 또는 사선 입사 스캐터로미터(oblique-incidence scatterometer)로서 구성될 수 있다.

본 발명과 함께 사용될 수 있는 또 다른 스캐터로미터(SM2)가 도 5에 도시된다. 스캐터로미터(SM2)는 리소그래피 장치, 예를 들어 리소그래피 장치(100 및/또는 100') 또는 리소셀(300) 안으로 통합될 수 있거나, 독립형 디바이스일 수 있다. 스캐터로미터(SM2)는 방사선 소스(2), 렌즈 시스템(12), 필터(13)(예를 들어, 간섭 필터), 반사 디바이스(14)(예를 들어, 기준 거울), 렌즈 시스템(15)(예를 들어, 현미경 대물 렌즈 시스템, 여기서는 대물 렌즈 시스템이라고도 함), 부분 반사 표면(16)(예를 들어, 빔 스플리터) 및 편광기(17)를 갖는 광학 시스템(1)을 포함할 수 있다. 또한, 스캐터로미터(SM2)는 검출기(18) 및 처리 유닛(PU)을 포함할 수 있다.

대물 렌즈 시스템(15)은 고 개구수(NA), 예를 들어 적어도 0.9 또는 적어도 0.95를 가질 수 있다. 침지 스캐터로미터들은 심지어 1이 넘는 개구수를 갖는 대물 렌즈들을 가질 수 있다.

일 예시적인 작동에서, 방사선 소스(2)에 의해 방출된 방사선은 렌즈 시스템(12)을 이용하여 시준되고, 간섭 필터(13) 및 편광기(17)를 통해 전달되며, 부분 반사 표면(16)에 의해 반사되고, 현미경 대물 렌즈 시스템(15)을 통해 기판(W) 상으로 포커싱된다. 이후, 산란 스펙트럼이 검출되게 하기 위해, 반사된 방사선은 부분 반사 표면(16)을 통해 검출기(18) 안으로 투과된다. 검출기는 대물 렌즈 시스템(15)의 초점 길이에 있는 후방-투영된(back-projected) 퓨필 평면(11)에 위치될 수 있지만, 그 대신 퓨필 평면은 보조 광학기(도시되지 않음)를 이용하여 검출기 상에 재-이미징(re-image)될 수 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 반경방향 위치(radial position)가 입사각을 정의하고 각도 위치가 방사선의 방위각(azimuth angle)을 정의하는 평면이다. 일 예시에서, 검출기는 기판 타겟(30)의 2-차원 각도 산란 스펙트럼이 측정될 수 있도록 2-차원 검출기이다. 검출기(18)는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서들의 어레이일 수 있으며, 예를 들어 프레임당 40 밀리초(millisecond)의 통합 시간(integration time)을 이용할 수 있다.

예를 들어, 입사 방사선의 세기를 측정하기 위해 기준 빔이 사용될 수 있다. 이를 행하기 위하여, 방사선 빔이 빔 스플리터(16)에 입사될 때, 그 일부분이 기준 빔으로서 빔 스플리터를 통해 기준 거울(14)로 투과된다. 이후, 기준 빔은 동일한 검출기(18)의 상이한 부분 상으로, 또는 대안적으로 상이한 검출기(도시되지 않음) 상으로 투영된다.

간섭 필터(13)는, 가령 405 내지 790 nm의 범위 또는 200 내지 300 nm와 같이 훨씬 낮은 범위에서 관심 파장을 선택하기 위해 이용가능할 수 있는 간섭 필터들의 세트를 포함할 수 있다. 간섭 필터는 상이한 필터들의 세트를 포함하기보다는 조절가능(tunable)할 수 있다. 간섭 필터들 대신에, 격자가 사용될 수 있다.

검출기(18)는 단파장(또는 협파장 범위)에서의 산란 광의 세기, 다수 파장에서의 별도 세기, 또는 파장 범위에 걸쳐 통합된 세기를 측정할 수 있다. 또한, 검출기는 횡자기(transverse magnetic)- 및 횡전기(transverse electric)-편광된 광의 세기, 및/또는 횡자기- 및 횡전기-편광 간의 위상차를 따로 측정할 수 있다.

방사선 소스(2)에 대해 광대역 광 소스(즉, 광범위한 광 주파수들 또는 파장들 - 및 이에 따른 컬러들을 갖는 광 소스)를 이용하는 것은 큰 에텐듀(etendue)를 제공할 수 있으며, 다수 파장의 혼합(mixing)을 허용할 수 있다. 광대역에서의 복수의 파장들은, 바람직하게는 각각 Δλ의 대역폭 및 적어도 2Δλ(즉, 대역폭의 두 배)의 간격을 갖는다. 방사선의 수 개의 "소스들"은 섬유 다발(fiber bundle)을 이용하여 분할(split)되었던 연장된 방사선 소스의 상이한 부분들일 수 있다. 이러한 방식으로, 각도 분해된 산란 스펙트럼들이 다수 파장에서 병렬로(in parallel) 측정될 수 있다. 2-D 스펙트럼보다 더 많은 정보를 포함하는 3-D 스펙트럼(파장 및 2 개의 상이한 각도들)이 측정될 수 있다. 이는 메트롤로지 프로세스 견고성(metrology process robustness)을 증가시키는 더 많은 정보가 측정되게 한다. 이는 본 명세서에서 전문이 인용 참조되는 EP1,628,164A에 더 자세히 설명되어 있다.

기판(W)의 타겟(30)은 현상 이후에 바아(bar)들이 솔리드 레지스트 라인(solid resist line)들로 형성되도록 프린트되는 1-D 격자일 수 있다. 타겟(30)은 현상 이후에 격자가 레지스트 내에 솔리드 레지스트 필라(pillar) 또는 비아(via)들로 형성되도록 프린트되는 2-D 격자일 수 있다. 대안적으로, 바아, 필라 또는 비아들은 기판 내로 에칭될 수 있다. 이 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL)의 색수차(chromatic aberrations) 및 조명 대칭성에 민감하며, 이러한 수차들의 존재는 프린트된 격자의 변동에서 자체적으로 나타날 것이다. 따라서, 프린트된 격자들의 스캐터로메트리 데이터가 격자들을 재구성하는 데 사용된다. 프린팅 단계 및/또는 다른 스캐터로메트리 공정들의 지식으로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 1-D 격자의 파라미터들, 또는 필라나 비아의 폭 또는 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 파라미터들이 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 타겟은 기판의 표면 상에 있을 수 있다. 이 타겟은 흔히 2-D 어레이로 실질적으로 직사각형인 구조체들 또는 격자들 내에서 일련의 라인들의 형상을 취할 것이다. 메트롤로지에서의 엄밀한 광학 회절 이론(rigorous optical diffraction theory)들의 목적은, 실제적으로 타겟으로부터 반사되는 회절 스펙트럼의 계산이다. 다시 말하면, CD(임계 치수) 균일성 및 오버레이 메트롤로지에 대하여 타겟 형상 정보가 얻어진다. 오버레이 메트롤로지는, 기판 상의 두 층들이 정렬되는지의 여부를 결정하기 위해 두 타겟들의 오버레이가 측정되는 측정 시스템이다. CD 균일성은 단순히 리소그래피 장치의 노광 시스템이 어떻게 기능하고 있는지를 결정하는 스펙트럼에 대한 격자의 균일성의 측정이다. 구체적으로, CD 또는 임계 치수는 기판 상에 "기록되는(written)" 대상물의 폭이며, 리소그래피 장치가 기판 상에 물리적으로 기록할 수 있는 한계이다.

제 1 실시예에 따른 대물 렌즈 시스템

도 6은 일 실시예에 따른 (도 4 및 도 5에 도시된) 스캐터로미터들(SM1 및/또는 SM2)의 일부분으로서 구현될 수 있는 굴절 대물 렌즈 시스템(600)의 개략적 단면도이다. 이 실시예의 일 예시에서, 대물 렌즈 시스템(600)은 조명 시스템(도시되지 않음)으로부터 검사 대상물[예를 들어, 패터닝 디바이스(MA), 기판(W) 상의 타겟(30), 타겟부(C)] 상으로 방출되는 방사선 빔을 지향 및/또는 포커싱하기 위해, 또한 검사 대상물로부터 산란 또는 반사된 광을 수집 및/또는 이미징하기 위해 사용될 수 있다.

대물 렌즈 시스템(600)은, 현재의 대물 렌즈 시스템에 비해, 중심 차광(central obscuration) 없이 고 NA(예를 들어 약 0.95인 NA, 약 0.95보다 큰 NA, 약 1인 NA), 큰(예를 들어, 약 0.35보다 큰, 약 0.5보다 큰) 작동 거리 및 낮은 광학 수차[예를 들어, 낮은 색수차, 낮은 상면만곡 수차, 낮은 퓨필 수차, 낮은 아포크로매틱 수차(apochromatic aberration)]를 갖도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 대물 렌즈 시스템(600)은 약 3.5 mm 내지 약 3.6 mm 범위의 초점 길이를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 대물 렌즈 시스템(600)은, 광학 성능을 손상시키지 않고 현재의 대물 렌즈 시스템들에 비해, 더 넓은 스펙트럼 대역의 파장[예를 들어, 450 내지 700 nm의 파장, 450 nm 아래의 파장, 700 nm 위의 파장, 410 내지 450 nm의 파장, 700 내지 900 nm의 파장, DUV(deep ultra violet) 파장, IR(infrared) 파장]에 걸쳐 작동하도록 구성될 수 있다.

이 실시예의 일 예시에 따르면, 대물 렌즈 시스템(600)은 전방 렌즈 그룹(601), 중간 렌즈 그룹(602) 및 후방 렌즈 그룹(603)을 포함할 수 있다. 전방 렌즈 그룹(601), 중간 렌즈 그룹(602) 및 후방 렌즈 그룹(603)은 서로 광학적으로 커플링될 수 있고, 대물 렌즈 시스템(600)의 광축(650)을 따라 배열될 수 있다.

이 실시예의 일 예시에 따르면, 전방 렌즈 그룹(601)은 대상물 공간(656)으로부터 중간 렌즈 그룹(602)의 입구로 NA를 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전방 렌즈 그룹(601)은 대상물 공간에서 약 0.95로부터 중간 렌즈 그룹(602)의 입구에서 약 0.25 내지 0.4로 NA를 감소시킬 수 있다. 또 다른 예시에 따르면, 전방 렌즈 그룹(601)은 대물 렌즈 시스템(600)의 코마 수차(coma aberration) 및 색수차(축 색 수차)를 동시에 보정하거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 전방 렌즈 그룹(601)의 이러한 구성들은 전방 렌즈 그룹(601) 내의 하나 이상의 렌즈의 배열 및 조성에 의존적일 수 있다.

이 실시예의 일 예시에서, 전방 렌즈 그룹(601)은 서로 광학적으로 커플링되는 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈(604) 및 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(606)를 포함할 수 있다(도 6에 도시됨). 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈(604)는 구면 오목면(604a) 및 구면 볼록면(604b)을 가질 수 있고, 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(606)는 구면 오목면(606a) 및 구면 볼록면(606b)을 가질 수 있다. 볼록면(604b)은 볼록면(606b)의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 가질 수 있다. 볼록면(604b)은 일 예시에 따르면 광축(650)을 따라 적어도 지점 A에서 오목면(606a)과 실질적으로 접촉할 수 있다. 또 다른 예시에서, 대물 렌즈 시스템(600)의 초점 길이의 약 2 % 내지 약 8 % 범위의 공기 갭이 광축(650)을 따라 볼록면(604b)과 오목면(606a) 사이에 존재할 수 있다.

제 1 포지티브 메니스커스 렌즈(604)는, 예를 들어 이 실시예의 다양한 예시들에 따라 약 1.75보다 큰 굴절률을 갖는 헤비 크라운 유리(heavy crown glass), 헤비 플린트 유리(heavy flint glass), 란탄 플린트 유리(lanthanum flint glass), 란탄 조밀 플린트 유리(lanthanum dense flint glass) 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 이 실시예의 다른 예시들에서, 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈(604)는 약 45 내지 약 50 범위인, 또는 50보다 큰, 또는 70보다 큰 아베수(Abbe number)를 갖는 광학 재료를 포함할 수 있다.

하나의 렌즈 파라미터는, 굴절률과 관련된 재료의 분산(dispersion)(파장에 따른 굴절률의 변동)의 척도(measure)인 그 아베수이다. 높은 아베수는 낮은 분산(낮은 색수차)을 나타내며, 그 반대도 가능하다. 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(606)는 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈(604)의 아베수 및 굴절률보다 작은 아베수 및 굴절률을 갖는 헤비 플린트 유리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(606)는 약 30 미만의 아베수, 그리고 약 1.5 내지 약 1.6의 범위를 갖는 굴절률을 가질 수 있다. 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈(604) 및 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(606)의 아베수의 큰(예를 들어, 15보다 큰) 차이는 전방 렌즈 그룹(601)에 의한 코마 및 색수차의 보정 또는 감소를 허용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈(604)가 약 45의 아베수를 갖는 광학 재료를 포함하고, 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(606)가 약 29의 아베수를 갖는 광학 재료를 포함하는 경우, 아베수의 차이는 약 16이다.

일 실시예에서, 중간 렌즈 그룹(602)은 대물 렌즈 시스템(600)의 아포크로매틱 수차를 보정하거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 중간 렌즈 그룹(602)의 이러한 구성은 중간 렌즈 그룹(602) 내의 하나 이상의 렌즈의 배열 및 조성에 의존적일 수 있다. 중간 렌즈 그룹(602)은 이 실시예의 일 예시에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 이중 렌즈(608), 제 2 이중 렌즈(610), 삼중 렌즈(612) 및 제 3 이중 렌즈(614)를 포함할 수 있다.

제 1 이중 렌즈(608)는 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)를 포함할 수 있고, 제 1 오목 렌즈(616)가 도 6에 예시된 바와 같이 광축(650)을 따라 적어도 지점 B에서 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(606)와 실질적으로 접촉하는 방식으로 위치될 수 있다. 또한, 도 6에 예시된 바와 같이, 양면-오목 렌즈(616)는 광축(650)을 따라 양면-볼록 렌즈(618)의 두께보다 작은 광축(650)을 따른 두께를 가질 수 있다. 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)는 서로 커플링될 수 있고, 구면들을 가질 수 있다. 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)의 커플링은 일 예시에 따라 이러한 렌즈들을 서로 접합시킴으로써 달성될 수 있다. 렌즈들은 이러한 렌즈들을 서로 결합(hold together)하기 위해 기계적인 강도를 갖는 접착제(예를 들어, 광학적으로 투명한 에폭시)에 의해 접합될 수 있다. 또 다른 예시에서, 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)는, 외부 장착 고정물(external mounting fixture)들을 이용하여 이러한 렌즈들을 서로에 대해 가압 결합시킴으로써 커플링될 수 있는데, 이는 광학 디자인이 이러한 렌즈들 사이에 극소의(infinitesimal) 공기 갭을 요구할 수 있거나, 이러한 렌즈들의 열 팽창 계수의 차이가 접합을 허용하기 않기 때문이다. 외부 장착 고정물들은, 양면-오목 렌즈(616)의 부분 또는 전체 표면이 양면-볼록 렌즈(618)의 부분 또는 전체 표면과 실질적으로 접촉하는 방식으로 이러한 렌즈들을 서로 결합시킬 수 있다. 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)는 크라운 유리 또는 플린트 유리와 같은 재료들(단, 이로 제한되지 않음)을 포함할 수 있다. 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618) 둘 모두는 서로 동일한 재료 또는 상이한 재료를 포함할 수 있다.

제 2 이중 렌즈(610)는 양면-오목 렌즈(620) 및 양면-볼록 렌즈(622)를 포함할 수 있고, 양면-오목 렌즈(620)가 도 6에 예시된 바와 같이 광축(650)을 따라 적어도 지점 C에서 양면-볼록 표면(618)과 실질적으로 접촉하는 방식으로 위치될 수 있다. 또한, 도 6에 예시된 바와 같이, 양면-오목 렌즈(620)는 광축(650)을 따라 양면-볼록 렌즈(622)의 두께보다 작은 광축(650)을 따른 두께를 가질 수 있다. 양면-오목 렌즈(620) 및 양면-볼록 렌즈(622)는 구면들을 가질 수 있고, 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 서로 결합시키거나 접합시킴으로써 서로 커플링될 수 있다. 양면-오목 렌즈(620) 및 양면-볼록 렌즈(622)는 크라운 유리 재료 또는 플린트 유리 재료와 같은 재료들(단, 이로 제한되지 않음)을 포함할 수 있다. 양면-오목 렌즈(620) 및 양면-볼록 렌즈(622) 둘 모두는 서로 동일한 재료 또는 상이한 재료를 포함할 수 있다.

삼중 렌즈(612)는 포지티브 메니스커스 렌즈(624), 네거티브 메니스커스 렌즈(626) 및 양면-볼록 렌즈(628)를 포함할 수 있고, 도 6에 예시된 바와 같이 광축(650)을 따라 적어도 지점 D에서 양면-볼록 표면(622)과 실질적으로 접촉하는 방식으로 위치될 수 있다. 포지티브 메니스커스 렌즈(624), 네거티브 메니스커스 렌즈(626) 및 양면-볼록 렌즈(628)은 구면들을 가질 수 있고, 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 서로 결합시키거나 접합시킴으로써 서로 커플링될 수 있다.

일 예시에서, 양면-볼록 렌즈(628)는 광축(650)을 따라 포지티브 메니스커스 렌즈(624) 및 네거티브 메니스커스 렌즈(626)의 각각의 두께보다 큰 광축(650)을 따른 두께를 가질 수 있다. 또 다른 예시에서, 양면-오목 렌즈(628)는 광축(650)을 따라 포지티브 메니스커스 렌즈(624) 및 네거티브 메니스커스 렌즈(626)의 조합된 두께보다 큰 광축(650)을 따른 두께를 가질 수 있다. 또 다른 예시에서, 광축(650)을 따른 포지티브 메니스커스 렌즈(624)의 두께 및 네거티브 메니스커스 렌즈(626)의 두께는 서로 동일하거나 상이하다.

일 예시에 따르면, 포지티브 메니스커스 렌즈(624)는 칼슘 플루오라이드(CaF₂)를 포함할 수 있고, 네거티브 메니스커스 렌즈(626)는 헤비 크라운 유리, 헤비 플린트 유리, 란탄 플린트 유리 또는 란탄 조밀 플린트 유리를 포함할 수 있으며, 양면-볼록 렌즈(628)는 약 1.75보다 큰 굴절률을 갖는 헤비 플린트 유리를 포함할 수 있다. 삼중 렌즈(612)의 유리 재료들의 이러한 조합들은 중간 렌즈 그룹(602)이 대물 렌즈 시스템(600)의 아포크로매틱 수차를 보정하거나 감소시키게 할 수 있다.

또한, 도 6에 예시된 바와 같이, 제 3 이중 렌즈(614)는 양면-볼록 렌즈(630) 및 포지티브 메니스커스 렌즈(632)를 포함할 수 있고, 양면-볼록 렌즈(630)가 광축(650)을 따라 적어도 지점 E에서 양면-볼록 렌즈(628)와 실질적으로 접촉하는 방식으로 위치될 수 있다. 또한, 도 6에 예시된 바와 같이, 양면-볼록 렌즈(630)는 광축(650)을 따라 포지티브 메니스커스 렌즈(632)의 두께보다 큰 광축(650)을 따른 두께를 가질 수 있다. 양면-볼록 렌즈(630) 및 포지티브 메니스커스 렌즈(632)는 구면들을 가질 수 있고, 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 서로 결합시키거나 접합시킴으로써 서로 커플링될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 후방 렌즈 그룹(603)은 대물 렌즈 시스템(600)의 상면만곡(때때로 해당 기술분야에서 페츠발 만곡이라고도 함) 수차 및 퓨필 수차를 보정하거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 후방 렌즈 그룹(603)의 이러한 구성은 후방 렌즈 그룹(603) 내의 하나 이상의 렌즈의 배열 및 조성에 의존적일 수 있다. 이 실시예의 일 예시에 따르면, 후방 렌즈 그룹(603)은 도 6에 도시된 바와 같이 서로 인접하게 배치되나 서로 접촉하지 않는 양면-오목 렌즈(634) 및 이중 렌즈(636)을 포함할 수 있다. 이중 렌즈(636)는 양면-볼록 렌즈(638) 및 양면-오목 렌즈(640)를 포함할 수 있다. 양면-볼록 렌즈(638)는 광축(650)을 따라 양면-오목 렌즈들(634 및 640)의 각각의 두께보다 큰 광축을 따른 두께를 가질 수 있다. 양면-볼록 렌즈(638) 및 양면-오목 렌즈(640)는 구면들을 가질 수 있고, 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 서로 결합시키거나 접합시킴으로써 서로 커플링될 수 있다.

또한, 도 6에 예시된 바와 같이, 이 실시예의 일 예시에 따르면, 대물 렌즈 시스템(600)은 광축(650)을 따라 또한 중간 렌즈 그룹(602)과 후방 그룹 렌즈(603) 사이에 위치될 수 있는 입사동(entrance pupil: 654) 및 어퍼처 스톱(652)을 포함할 수 있다. 중간 렌즈 그룹(602)과 후방 그룹 렌즈(603) 사이의 입사동(654)의 위치는 어퍼처 스톱(652)의 직경이 조정되게 할 수 있다.

제 2 실시예에 따른 대물 렌즈 시스템

도 7은 일 실시예에 따른 (도 4 및 도 5에 도시된) 스캐터로미터들(SM1 및/또는 SM2)의 일부분으로서 구현될 수 있는 굴절 대물 렌즈 시스템(700)의 개략적 단면도이다. 대물 렌즈 시스템(700)은 대물 렌즈 시스템(600)과 유사한 다수의 특징부들 및 구성들을 공유한다. 그러므로, 대물 렌즈 시스템들(600 및 700) 간의 차이만이 아래에 설명될 것이다.

이 실시예의 일 예시에 따르면, 대물 렌즈 시스템(700)은 전방 렌즈 그룹(601), 중간 렌즈 그룹(602) 및 후방 렌즈 그룹(703)을 포함할 수 있다. 전방 렌즈 그룹(601), 중간 렌즈 그룹(602) 및 후방 렌즈 그룹(703)은 서로 광학적으로 커플링될 수 있고, 대물 렌즈 시스템(700)의 광축(750)을 따라 배열될 수 있다.

이 실시예의 일 예시에 따르면, 후방 렌즈 그룹(703)은 2 개의 양면-오목 렌즈들(709 및 711) 사이에 개재된 양면-볼록 렌즈(707)를 포함할 수 있다. 양면-볼록 렌즈(707) 및 양면-오목 렌즈(709 및 711)는 구면들을 가질 수 있고, (도 6에 도시된) 양면-오목 렌즈(616) 및 양면-볼록 렌즈(618)를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 서로 결합시키거나 접합시킴으로써 삼중 렌즈를 형성하기 위해 서로 커플링될 수 있다. 양면-볼록 렌즈(707)는 광축(750)을 따라 양면-오목 렌즈들(709 및 711)의 각각의 두께보다 큰 광축(750)을 따른 두께를 가질 수 있다. 렌즈들의 이러한 조합은 후방 렌즈 그룹(703)이 대물 렌즈 시스템(700)의 상면만곡 수차 및 퓨필 수차를 보정하거나 감소시키게 할 수 있다.

제 3 실시예에 따른 대물 렌즈 시스템

도 8은 일 실시예에 따른 (도 4 및 도 5에 도시된) 스캐터로미터들(SM1 및/또는 SM2)의 일부분으로서 구현될 수 있는 굴절 대물 렌즈 시스템(800)의 개략적 단면도이다. 대물 렌즈 시스템(800)은 대물 렌즈 시스템들(600 및 700)과 유사한 다수의 특징부들 및 구성들을 공유한다. 그러므로, 대물 렌즈 시스템들(600, 700 및 800) 간의 차이만이 아래에 설명될 것이다.

이 실시예의 일 예시에 따르면, 대물 렌즈 시스템(800)은 전방 렌즈 그룹(801), 중간 렌즈 그룹(602) 및 후방 렌즈 그룹(703)을 포함할 수 있다. 전방 렌즈 그룹(801), 중간 렌즈 그룹(602) 및 후방 렌즈 그룹(703)은 서로 광학적으로 커플링될 수 있고, 대물 렌즈 시스템(800)의 광축(850)을 따라 배열될 수 있다.

전방 렌즈 그룹(801)은, 전방 렌즈 그룹(801)이 전방 렌즈 그룹(601)의 포지티브 구면 메니스커스 렌즈(606) 대신 비구면 메니스커스 렌즈(805)를 포함하는 것을 제외하고, (도 6 및 도 7에 도시된) 전방 렌즈 그룹(601)과 유사하다. 비구면 메니스커스 렌즈(805)는 비구면 오목면(805a) 및 구면 볼록면(805b)을 가질 수 있다. 일 예시에 따르면, 비구면 오목면(805a)은 광축(850)을 따라 적어도 지점 F에서 구면 볼록면(803b)과 실질적으로 접촉할 수 있다. 또 다른 예시에서, 대물 렌즈 시스템(800)의 초점 길이의 약 2 % 내지 약 8 % 범위를 갖는 공기 갭이 비구면 오목면(805a) 및 구면 볼록면(803b) 사이에 존재할 수 있다. 전방 렌즈 그룹(801)에 비구면 오목면(805a)의 존재는 최적의 수차 보정을 제공할 수 있고, 결과적으로 비구면이 구면보다 본질적으로 더 적은 광학 수차(예를 들어, 구면 수차)를 생성함에 따라, 전방 렌즈 그룹(601)에 비해 더 높은 분해능을 제공할 수 있다. 이 실시예의 일 예시에서, 비구면 메니스커스 렌즈(805)는 전방 렌즈 그룹(601)의 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈(606)의 아베수 및 굴절률과 유사한 아베수 및 굴절률을 갖는 헤비 플린트 유리를 포함할 수 있다.

제 4 실시예에 따른 대물 렌즈 시스템

도 9는 일 실시예에 따른 (도 4 및 도 5에 도시된) 스캐터로미터들(SM1 및/또는 SM2)의 일부분으로서 구현될 수 있는 굴절 대물 렌즈 시스템(900)의 개략적 단면도이다. 대물 렌즈 시스템(900)은 대물 렌즈 시스템들(600, 700 및 800)과 유사한 다수의 특징부들 및 구성들을 공유한다. 그러므로, 대물 렌즈 시스템들(600, 700, 800 및 900) 간의 차이만이 아래에 설명될 것이다.

이 실시예의 일 예시에 따르면, 대물 렌즈 시스템(900)은 전방 렌즈 그룹(601), 중간 렌즈 그룹(902) 및 후방 렌즈 그룹(703)을 포함할 수 있다. 전방 렌즈 그룹(601), 중간 렌즈 그룹(902) 및 후방 렌즈 그룹(703)은 서로 광학적으로 커플링될 수 있고, 대물 렌즈 시스템(900)의 광축(950)을 따라 배열될 수 있다.

중간 렌즈 그룹(902)은, 여기에 설명되는 차이를 제외하고, (도 6 내지 도 8에 도시된) 중간 렌즈 그룹(602)과 유사하다. 일 예시에서, 중간 렌즈 그룹(902)은 중간 렌즈 그룹(602)의 이중 렌즈(614)를 형성하는 포지티브 메니스커스 렌즈(632) 및 양면-볼록 렌즈(630) 대신에, 이중 렌즈(909)를 형성하는 오목 렌즈(905) 및 양면-볼록 렌즈(907)를 포함한다. 또 다른 예시에서, 중간 그룹 렌즈(902)는 메니스커스 렌즈들(913 및 915) 및 양면-볼록 렌즈(917)를 갖는 삼중 렌즈(911)를 포함한다. 메니스커스 렌즈들(913 및 915)의 구면들의 곡률 반경이 중간 렌즈 그룹(602)의 메니스커스 렌즈들(624 및 626)의 구면 표면들의 곡률 반경보다 작다. 중간 렌즈 그룹(602)과 중간 렌즈 그룹(902)의 이러한 차이는 대물 렌즈 시스템(900)이 대물 렌즈 시스템들(600, 700 및 800)과 동일한 고 NA에 대해 대물 렌즈 시스템(600, 700 및/또는 800)의 초점 길이보다 작은 초점 길이를 갖게 할 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈 시스템(900)은 0.95의 NA에 대해 2 mm의 초점 길이를 가질 수 있다.

대물 렌즈 시스템(900)이 대물 렌즈 시스템(600)의 전방 렌즈 그룹(601)과 유사한 전방 렌즈 그룹 그리고 대물 렌즈 시스템(700)의 후방 렌즈 그룹(703)과 유사한 후방 렌즈 그룹을 포함하는 것으로 도시되어 있더라도, 대물 렌즈 시스템(900)은 이 실시예의 다양한 예시들에 따라 대물 렌즈 시스템(800)의 전방 렌즈 그룹(801)과 유사한 전방 렌즈 그룹 그리고 대물 렌즈 시스템(600)의 후방 렌즈 그룹(603)과 유사한 후방 렌즈 그룹을 포함할 수 있음을 유의해야 한다.

본 명세서에서는, 검사 시스템에서의 대물 렌즈 시스템의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에서 설명되는 대물 렌즈 시스템은 고 NA, 큰 관측시야(field of view: FOV), 및/또는 넓은 스펙트럼 대역의 조합을 요구하는 다른 적용들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 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. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.

이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 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 레지스트로부터 이동되고, 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남긴다.

본 명세서의 어구 또는 용어는 설명을 위한 것이지 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 교시에 비추어 본 명세서의 용어 또는 어구가 관련 기술 분야(들)의 당업자에 의해 해석될 수 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에 설명된 실시예들에서, 본 명세서가 허용하는 "렌즈" 및 "렌즈 요소"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, [예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장(λ)을 갖는] 자외(UV) 방사선, (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위의 파장, 예컨대 13.5 nm를 갖는) 극자외[EUV 또는 연질 X-선(soft X-ray)] 방사선, 또는 5 nm 미만에서 작동하는 경질 X-선(hard X-ray)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다. 일반적으로, 약 780 내지 3000 nm(또는 이상)의 파장을 갖는 방사선은 IR 방사선으로 간주된다. UV는 약 100 내지 400 nm의 파장을 갖는 방사선을 지칭한다. 리소그래피 내에서, "UV"라는 용어는 수은 방전 램프에 의해 생성될 수 있는 파장들: G-라인 436 nm; H-라인 405 nm; 및/또는 I-라인 365 nm에도 적용된다. 진공(Vacuum) UV, 또는 VUV(즉, 가스에 의해 흡수되는 UV)는 약 100 내지 200 nm의 파장을 갖는 방사선을 지칭한다. 딥(Deep) UV(DUV)는 일반적으로 126 nm 내지 428 nm 범위의 파장을 갖는 방사선을 지칭하며, 일 실시예에서 엑시머 레이저는 리소그래피 내에서 사용되는 DUV 방사선을 생성할 수 있다. 예를 들어, 5 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는 방사선은 특정 파장 대역을 갖는 방사선과 관련되며, 이의 적어도 일부분은 5 내지 20 nm 범위 내에 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같은 "기판"이라는 용어는 후속 재료 층들이 추가되는 재료를 설명한다. 실시예들에서, 기판 자체가 패터닝될 수 있고, 이 위에 추가된 재료들이 또한 패터닝될 수 있거나, 패터닝 없이 유지될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "실질적인 접촉"은 일반적으로 오정렬 공차로 인해 통상적으로 발생하는 약간의 간격만을 가진 채로 서로 물리적으로 실질적으로 접촉하는 요소들 또는 구조체들을 설명하는 것임을 이해해야 한다. 본 명세서에서 사용되는 하나 이상의 특정한 특징, 구조 또는 특성 간의 상대적인 공간 설명(예를 들어, "수직으로 정렬된", "실질적인 접촉" 등)은 단지 예시를 위한 것이며, 본 명세서에 설명된 구조체들의 실제 구현은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 오정렬 공차를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "광학적으로 커플링된"이라는 용어는 일반적으로 또 다른 커플링된 요소에 직접적으로 또는 간접적으로 광을 부여하도록 구성되는 하나의 커플링된 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 "광학 재료"의 용어는 일반적으로 광 또는 광학 에너지가 그 안에서 또는 그를 통해 전파될 수 있는 재료를 지칭한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 서술내용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

요약 및 초록 부분(Summary and Abstract sectons)이 아닌, 발명의 상세한 설명 부분(Detailed Description section)이 청구항들을 해석하는 데 사용되도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다. 요약 및 초록 부분은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 설명할 수 있지만, 발명자(들)에 의해 의도된(contemplated) 본 발명의 모든 예시적인 실시예를 설명하지는 않으므로, 어떠한 방식으로도 본 발명 및 첨부된 조항을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

이상, 본 발명은 특정화된 기능들 및 그 관계들의 구현을 예시하는 기능 구성 요소(functional building block)들의 도움으로 설명되었다. 본 명세서에서, 이 기능 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 특정화된 기능들 및 그 관계들이 적절히 수행되는 한, 대안적인 경계들이 정의될 수 있다.

특정 실시예들의 앞선 설명은, 당업계의 지식을 적용함으로써, 다양한 적용들을 위해 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 지나친 실험 없이 이러한 특정 실시예들을 쉽게 변형하고, 및/또는 구성할 수 있도록 본 발명의 일반적인 성질을 전부 드러낼 것이다. 그러므로, 이러한 응용예 및 변형예들은 본 명세서에 제시된 교시 및 지침에 기초하여, 개시된 실시예들의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다.

본 발명의 범위와 폭은 상술된 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않아야 하며, 다음의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims

대물 렌즈 시스템에 있어서,
제 1 렌즈 그룹 - 상기 제 1 렌즈 그룹은:
제 1 포지티브 메니스커스 렌즈(positive meniscus lens), 및
상기 대물 렌즈 시스템의 광축을 따라 상기 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈로부터 거리를 두고(at a distance) 위치된 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈를 포함하고, 상기 거리는 상기 대물 렌즈 시스템의 초점 길이에 의존적임 -;
삼중 렌즈(triplet lens)를 포함하는 제 2 렌즈 그룹 - 상기 삼중 렌즈는:
제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는 제 1 메니스커스 렌즈,
제 3 표면 및 제 4 표면을 포함하는 제 2 메니스커스 렌즈 - 상기 제 3 표면은 상기 제 2 표면과 실질적으로 접촉함 -, 및
제 5 표면 및 제 6 표면을 포함하는 제 1 양면-볼록 렌즈(bi-convex lens)를 포함하고 - 상기 제 5 표면은 상기 제 4 표면과 실질적으로 접촉함 -; 및
제 3 렌즈 그룹 - 상기 제 3 렌즈 그룹은:
제 1 양면-오목 렌즈, 및
이중 렌즈를 포함함 - 을 포함하는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 렌즈 그룹은 상기 대물 렌즈 시스템의 코마 수차(coma aberration) 및 색수차(chromatic aberration)를 동시에 보정하도록 구성되는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 렌즈 그룹은 상기 대물 렌즈 시스템의 아포크로매틱 수차(apochromatic aberration)를 보정하도록 구성되는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 렌즈 그룹은 상기 대물 렌즈 시스템의 상면만곡 수차(field curvature aberration) 및 퓨필 수차를 보정하도록 구성되는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈 및 상기 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈는 구면(spherical surface)들을 포함하는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈는 비구면 오목면(aspherical concave surface)을 포함하는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 양면-오목 렌즈 및 상기 이중 렌즈는 서로 인접하여 이격되는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 양면-오목 렌즈 및 상기 이중 렌즈는 서로 접합(cement)되는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 이중 렌즈는 서로 접합되는 제 2 양면-볼록 렌즈 및 제 2 양면-오목 렌즈를 포함하는 대물 렌즈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 렌즈 그룹과 상기 제 3 렌즈 그룹 사이에 입사동(entrance pupil) 및 어퍼처 스톱(aperture stop)을 더 포함하는 대물 렌즈 시스템.
기판의 특성을 측정하도록 구성되는 검사 시스템에 있어서,
방사선 빔을 생성하도록 구성되는 방사선 소스;
상기 기판의 표면 상으로 상기 방사선 빔을 포커싱하도록 구성되는 광학 시스템 - 상기 광학 시스템은:
제 1 렌즈 그룹 - 상기 제 1 렌즈 그룹은:
제 1 포지티브 메니스커스 렌즈, 및
상기 광학 시스템의 광축을 따라 상기 제 1 포지티브 메니스커스 렌즈로부터 거리를 두고 위치된 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈를 포함하고, 상기 거리는 상기 광학 시스템의 초점 길이에 의존적임 -;
제 2 렌즈 그룹 - 상기 제 2 렌즈 그룹은:
제 3 포지티브 메니스커스 렌즈,
상기 제 3 포지티브 메니스커스 렌즈에 접합되는 네거티브 메니스커스 렌즈(negative meniscus lens), 및
상기 네거티브 메니스커스 렌즈에 접합되는 양면-볼록 렌즈를 포함함 -; 및
제 3 렌즈 그룹을 포함하고 - 상기 제 3 렌즈 그룹은:
양면-오목 렌즈, 및
이중 렌즈를 포함함 -; 및
상기 기판의 표면으로부터 반사된 상기 방사선 빔을 검출하도록 구성되는 검출기를 포함하는 검사 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 2 포지티브 메니스커스 렌즈는 비구면 오목면을 포함하는 검사 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 3 포지티브 메니스커스 렌즈는 칼슘 플루오라이드를 포함하고;
상기 네거티브 메니스커스 렌즈는 헤비 크라운 유리(heavy crown glass), 헤비 플린트 유리(heavy flint glass), 란탄 플린트 유리(lanthanum flint glass), 또는 란탄 조밀 플린트 유리(lanthanum dense flint glass)를 포함하며;
상기 양면-볼록 렌즈는 약 1.75보다 큰 굴절률을 갖는 헤비 플린트 유리를 포함하는 검사 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 양면-오목 렌즈 및 상기 이중 렌즈는 서로 인접하여 이격되는 검사 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 양면-오목 렌즈 및 상기 이중 렌즈는 서로 접합되는 검사 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제 3 렌즈 그룹은 상기 광학 시스템의 상면만곡 수차 및 퓨필 수차를 보정하도록 구성되는 검사 시스템.
리소그래피 장치에 있어서,
패터닝 디바이스의 패턴을 조명하도록 구성되는 조명 광학 시스템;
기판의 타겟부 상으로 상기 패턴의 이미지를 투영하도록 구성되는 투영 시스템; 및
대물 렌즈 시스템을 포함하는, 상기 기판의 특성을 측정하도록 구성되는 검사 장치를 포함하고, 상기 대물 렌즈 시스템은:
상기 대물 렌즈 시스템의 상면만곡 수차 및 퓨필 수차를 보정하도록 구성되는는 제 1 렌즈 그룹을 포함하고, 상기 제 1 렌즈 그룹은 양면-오목 렌즈 및 이중 렌즈를 포함하는 리소그래피 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 대물 렌즈 시스템은:
제 2 렌즈 그룹 - 상기 제 2 렌즈 그룹은:
제 1 메니스커스 렌즈,
상기 제 1 메니스커스 렌즈에 접합되는 제 2 메니스커스 렌즈, 및
상기 제 2 메니스커스 렌즈에 접합되는 양면-볼록 렌즈를 포함함 -; 및
상기 대물 렌즈 시스템의 광축을 따라 서로 거리를 두고 위치된 포지티브 메니스커스 렌즈들을 포함하는 제 3 렌즈 그룹을 더 포함하고, 상기 거리는 상기 대물 렌즈 시스템의 초점 길이에 의존적인 리소그래피 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 포지티브 메니스커스 렌즈들 중 하나는 비구면 오목면을 포함하는 리소그래피 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 양면-오목 렌즈 및 상기 이중 렌즈는 서로 접합되는 리소그래피 장치.
대물 렌즈 시스템에 있어서,
상기 대물 렌즈 시스템의 광축을 따라 서로 거리를 두고 위치된 제 1 및 제 2 메니스커스 렌즈들 - 상기 거리는 상기 대물 렌즈 시스템의 초점 길이에 의존적임 -;
서로 접촉하는 제 3 및 제 4 메니스커스 렌즈들;
상기 제 4 메니스커스 렌즈와 접촉하는 양면-볼록 렌즈;
삼중 렌즈; 및
상기 삼중 렌즈와 상기 양면-볼록 렌즈 사이의 어퍼처 스톱을 포함하는 대물 렌즈 시스템.