KR20190142381A

KR20190142381A - 계측 장치

Info

Publication number: KR20190142381A
Application number: KR1020197034950A
Authority: KR
Inventors: 야네크 라벤스베르겐; 니테쉬 판데이; 질리 저우; 아만드 유진 알버트 쿨렌; 세바스티아누스 아드리아누스 굴덴; 아우어 바스티앙 온느 파긴거; 사이먼 지스버트 조세푸스 마시젠
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-12-26
Also published as: TWI686587B; US20180348645A1; WO2018219639A1; TW201903352A; CN110709778A; CN110709778B; US10599047B2; KR102328438B1

Abstract

관심 파라미터를 결정하도록 기판 상에 형성된 구조체를 측정하기 위한 계측 장치가 개시된다. 장치는 구조체 상으로 방사선을 포커싱하고 구조체로부터 반사된 후의 방사선을 검출기 상으로 지향시키도록 구성된 광학 시스템을 포함하고, 광학 시스템은 검출기가 동공면 필드 분포에서 적어도 2개의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성되고, 간섭은 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 한다.

Description

계측 장치

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 6월 2일에 출원된 EP 출원 제17174269.5호, 2017년 6월 26일에 출원된 EP 출원 제17177960.6호, 및 2017년 11월 6일에 출원된 EP 출원 제17200068.9호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

기술분야

본 발명은 리소그래피 프로세스에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 계측 장치, 리소그래피 시스템 및 리소그래피 프로세스에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 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 프로세스에서는, 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 정확도에 대한 척도)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 특성을 결정할 수 있다. 관심 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.

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 측정치를 제공한다. 오버레이 타겟에서의 이러한 비대칭은 오버레이(2개의 층의 원치 않는 오정렬)의 지표로서 사용될 수 있다.

상기 계측 기법을 이용한 오버레이(또는 타겟 구조체의 기타 다른 비대칭)의 측정은, 관련된 구조체의 크기가 제조될 디바이스 피처의 분해능에 있는 경우에는 쉽지 않다. 이는 고분해능 피처로 인해 캡처하기 어려운 높은 회절 각도가 그에 대응하여 유발되거나 회절 차수가 소멸(evanescent)(비-전파)되기 때문이다. 에칭이 수행된 경우와 같이 서로 매우 근접한 층들에 의해 규정된 구조체들에 대해, 0차 산란으로부터 비대칭에 대한 일부 정보를 여전히 얻을 수도 있다. 그러나, 특히 층 간격이 그다지 작지 않은 경우 측정에서 적절한 감도를 얻는 것은 어렵다.

특히 고분해능 타겟에 대해 타겟 비대칭 또는 기타 관심 파라미터의 측정을 개선하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 관심 파라미터를 결정하도록 기판 상에 형성된 구조체를 측정하기 위한 계측 장치가 제공되는데, 계측 장치는: 상기 구조체 상으로 방사선을 포커싱하고 상기 구조체로부터 반사된 후의 방사선을 검출기 상으로 지향시키도록 구성된 광학 시스템을 포함하고, 상기 광학 시스템은 상기 검출기가 동공면 필드 분포에서 적어도 2개의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성되고, 상기 간섭은 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 관심 파라미터를 결정하도록 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 방법이 제공되는데, 이러한 방법은: 방사선을 구조체 상에 포커싱하고 검출기를 사용하여 구조체로부터 반사된 후에 방사선을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 검출기는 동공면 필드 분포에서 적어도 2개의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출하고, 상기 간섭은 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 것이다.

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 개구를 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 스폿의 윤곽; 및 (d) 도 3(a)의 스케터로미터에서 얻은 도 3(c)의 타겟의 이미지에 대한 도면을 포함한다.
도 4는 빔 스플리터를 포함하는 광학 유닛에 입력 방사선 빔을 제공하는 계측 장치의 광학 요소를 도시한다.
도 5는 도 4의 구성으로부터 입력 방사선 빔을 수광하도록 구성된 광학 유닛과 제1 및 제2 방사선 빔을 기판 상으로 지향시키고 반사된 제1 및 제2 방사선 빔을 검출기로 지향시키기 위한 광학 시스템을 도시한다.
도 6은 도 5의 구성의 광학 유닛의 동작을 더 상세히 도시한 도면으로서, 빔 스플리터로 그리고 빔 스플리터로부터 전파되는 방사선 빔에 있어서 동공면 필드 분포를 나타낸다.
도 7은 제2 브랜치에서 추가 반전이 수행되는, 도 6의 광학 유닛에 기초한 대안적인 광학 유닛의 동작을 나타낸다.
도 8은 바이어스되지 않은 타겟에 대해 타겟 비대칭이 있는 신호 세기 I의 전형적인 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 바이어스된 타겟에 대해 타겟 비대칭이 있는 신호 세기 I의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 방사선이 타겟 구조체로부터의 반사 전후에 제1 및 제2 빔 스플리터를 통과하는 대안적인 광학 유닛을 나타낸다.
도 11은 방사선이 타겟 구조체로부터 반사된 후에만 제1 및 제2 빔 스플리터를 통과하는 광학적 구성을 나타낸다.
도 12는 동공면 분포에서 간섭하는 포인트들의 예시적인 점대칭 쌍들을 나타낸다.
도 13은 동공면 분포에서 간섭하는 포인트들의 예시적인 미러 대칭 쌍들을 나타낸다.
도 14는 동공면 필드 분포에서 예시적인 4개의 간섭 포인트들의 그룹을 나타낸다.
도 15는 동공면 필드 분포에서 3개의 포인트들의 그룹들로부터의 방사선이 간섭하도록 구성된 계측 장치를 도시한다.
도 16은 도 15의 계측 장치에서 제1 동공면 필드 분포(좌측) 및 이러한 제1 동공면 필드 분포의 다수의 사본으로부터 형성된 제2 동공면 필드 분포(우측)를 나타낸다.
도 17은 대칭 백그라운드로부터 미러 대칭 또는 점대칭 신호를 간섭적으로 추출하기 위한 광학 장치를 나타낸다.
도 18은, 도 17의 광학적 구성이 대칭 백그라운드로부터 미러 대칭 신호를 추출하도록 구성된 경우, 좌측으로부터 도 17의 광학적 구성으로 진입할 때의 예시적인 제1 동공면 필드 분포(좌측) 및 도 17의 광학적 구성에서 우측으로 빠져나갈 때의 예시적인 제2 동공면 필드 분포(우측)를 나타낸다.
도 19는, 도 17의 광학적 구성이 대칭 백그라운드로부터 점대칭 신호를 추출하도록 구성된 경우, 좌측으로부터 도 17의 광학적 구성으로 진입할 때의 예시적인 제1 동공면 필드 분포(좌측) 및 도 17의 광학적 구성에서 우측으로 빠져나갈 때의 예시적인 제2 동공면 필드 분포(우측)를 나타낸다.
도 20은 추출될 점 또는 미러 대칭 신호 및 대칭 백그라운드를 예시하기 위해 동공 위치의 함수로서 목표 응답(세기 및 위상)의 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 21은 OPS 시스템을 통한 방사선에 대한 상이한 전파 경로를 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 기타 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 구성을 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 빔의 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-σ 및 내측-σ로 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(즉, 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 가진다 - 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. 이러한 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)에 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수도 있다. 장치 도처에서 여러 개의 브랜치를 갖는 광축은 점선 O로 표시되어 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 개구 플레이트(13)를 삽입함으로써 행해질 수 있다. 예시된 실시예에서, 개구 플레이트(13)는 상이한 조명 모드가 선택될 수 있도록 13N 및 13S로 표시된 상이한 형태를 갖는다. 도 3의 예에서의 조명 시스템은 축외 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는, 단지 설명을 목적으로 "북쪽"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 개구 플레이트(13S)는 유사한 조명을 제공하지만 "남쪽"으로 표시된 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위해 이용된다. 요구되는 조명 모드 밖의 임의의 불필요한 광은 요구되는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 동공면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다. 도 4 내지 도 8을 참조로 하여 아래에서 논의되는 바와 같은 이와 다른 실시예에서는, 13H로 표기된 개구 플레이트와 같은 다른 형태의 개구 플레이트(13)가 사용될 수도 있다.

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 개구가 (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 함수에 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.

도 3의 에에서는, 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 개구를 지정하는 것으로 예시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광축의 북쪽 측으로부터 기인한 것인 경우, 즉 제1 조명 모드가 개구 플레이트(13N)를 이용하여 적용된 경우에는, +1(N)으로 표시되는 +1차 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 개구 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 빔으로만 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 개구 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 개구를 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, 개구 플레이트(13)는 원하는 패턴을 제 위치에 놓이게 하도록 회전하는 디스크 둘레에 형성된 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있다. 개구 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.

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 스폿(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 디바이스의 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 스폿(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 컨트롤러(PU)는 패턴 인식을 사용해 이들 이미지를 처리하여 격자(25a 내지 25d)의 별개 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 프로세스의 상이한 파라미터를 측정하기 위해 이러한 결과는 조합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 중요한 예이다.

발명의 설명의 서론 부분에서 언급한 바와 같이, 구조체의 크기가 제조될 디바이스 피처의 분해능에 있는 경우에는 타겟 구조체의 오버레이 및 다른 비대칭의 측정이 어렵다. 이는 0차보다 높은 차수의 회절 방사선을 캡쳐하기 어렵기 때문이다. 예를 들어, 도 3(a)-(d)에 도시된 타입의 구성에서, +1 및 -1 회절 차수 중 하나 또는 양자 모두의 반사 각도가 대물 렌즈(16)에 의해 캡처되기에 너무 높아지거나 또는 이러한 차수들은 소멸(evanescent)(비-전파)된다.

본 발명자들은 타겟 비대칭이 0차 반사 빔(즉, 정반사 빔)에 극도로 작지만 소정의 기여를 하게 된다는 점을 인식했다. 0차 반사 빔은 대물 렌즈(16)에 의해 비교적 쉽게 캡쳐된다. 본 발명자들은 신규한 간섭계를 사용하여 높은 감도로 0차 반사 빔에 대한 비대칭 기여분 및 기타 다른 관심 있는 파라미터를 측정할 수 있음을 추가로 인식하였다. 이러한 원리에 기초한 실시예는 도 4-20을 참조로 하여 이하에서 설명한다.

일 실시예에 따르면, 리소그래피 공정에 의해 기판 상에 형성된 구조체를 측정하기 위한 계측 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 계측 장치는 제1 측정 브랜치(검출기가 동공면에 배치되는 브랜치)만이 제공되는 경우에 도 3의 계측 장치와 대체로 유사하다. 그러나 동공면에서 검출이 이루어질 필요는 없다. 다른 실시예들에서 검출기는 이미지 평면 또는 이미지 평면과 동공면 사이의 평면에 배치된다. 계측 장치는 방사선을 구조체 상에 포커싱하고 반사 후 방사선을 검출기(38)로 지향시키는 광학 시스템(도 4 및 도 5를 참조하여 후술됨)을 포함한다. 광학 시스템은 검출기(38)가 동공면 필드 분포에서 적어도 2개의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성된다. 이러한 간섭은 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 것이다(이러한 하나 이상의 다른 성분에 대응하는 방사선의 적어도 부분적인 상쇄 간섭으로 인해). 광학 시스템은 동공면 필드 분포에서 상이한 포인트들 사이에 필요한 공간 코히어런스를 도입하므로, 그 기능은 인코히어런트 방사선 소스를 사용하여 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 검출된 방사선 세기는 구조체로부터의 0차 반사로부터 발생한다. 따라서 이러한 접근법은 고분해능 피처(예컨대, 제조될 디바이스 구조체의 분해능에 있는 피처)를 측정하는 데에 적합하다.

도 4 내지 도 9를 참조하여 논의되는 실시예들은 공통 경로 간섭계의 형태를 사용하여 상기 기능을 구현하는데, 여기서는 빔 스플리터에 의해 분할된 광이 두 번째로 빔 스플리터를 통과한 후 간섭되기 전에 서로 상이한 방향으로 공통된 경로를 따르게 된다. 이들 실시예에서 관심 파라미터는 오버레이이지만, 원리는 다른 관심 파라미터에 적용될 수 있다.

도 4는 (도 5-7에 도시된) 광학 유닛(40)에 입력 방사선 빔(34)을 제공하기 위한 계측 장치의 광학 요소를 도시한다. 소스(11)(예를 들어, 광섬유의 출력 단부)는 렌즈(12, 14A 및 14B)를 포함하는 렌즈 시스템을 통과하는 방사선 빔을 제공한다. 렌즈(12, 14A 및 14B)는 도 3에 도시된 렌즈(12 및 14)에 대응한다. 도 3의 렌즈(12 및 14)와 같이, 렌즈(12, 14A 및 14B)는 4F 배열의 이중 시퀀스로 배열될 수 있다. 동공면 필드 분포가 형성되는 동공면은 32로 표시되어 있다. 소스(예를 들어, 광섬유의 단부)의 이미지가 형성되는 이미지 평면은 34로 표시되어 있다. 동공면(32)에는 개구 플레이트(13)가 제공된다. 개구 플레이트(13)는 예를 들어 (위에서 본) 삽입도면(13H)으로 도시된 형태를 취할 수 있다. 개구 플레이트(13)는 빔 스플리터(48)에 제공된 입력 방사선(34)에 원하는 동공면 필드 분포를 부여하며 이하에서 더 상세히 설명할 것이다. 입력 방사선(34)은 편광기(30)에 의해 편광(예를 들어, 선형 편광)된다.

도 6-7에 도시된 바와 같이, 광학 유닛(40)은 빔 스플리터(48)를 포함한다. 빔 스플리터(48)는 입력 방사선 빔(34)을 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔으로 분할한다. 광학 유닛(40)은 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔을 기판(W) 상으로 지향시키고 기판(W)으로부터 반사된 방사선을 빔 스플리터(48)를 통해 검출기(38)(예를 들어 CCD 또는 CMOS 센서) 상으로 지향시키는 광학 시스템(도 5에 도시됨)의 일부이다. 도시된 실시예에서, 검출기(38)는 동공면에 위치된다. 검출기(38)는 기판(W)으로부터 반사된 후 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔의 조합의 동공면 필드 분포의 세기를 기록한다. 이하 더 상세히 설명하는 바와 같이, 검출기(38)는 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔 사이의 간섭으로 인한 방사선을 검출한다. 일 실시예에서 이러한 간섭은, 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 타겟 구조체의 비대칭 성분으로부터의 반사보다 타겟 구조체의 대칭 성분으로부터의 반사에 대해 검출기(38)에서 더 상쇄적으로(예를 들어 완전히 상쇄) 간섭하도록 한다. 이에 의해, 타겟 구조체에서의 비대칭에 관한 정보를 포함하지 않는 백그라운드 신호가 제거되거나 감소된다. 타겟 구조체에서의 비대칭에 관한 정보를 포함하는 신호의 일부가 유지된다. 이에 의해 비대칭을 측정할 수 있는 감도가 증가된다. 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔 사이의 간섭은 동공면 필드 분포에서 상이한 포인트들 사이의 간섭을 포함한다. 이들 실시예에서, 서로 간섭하게 되는 동공면 필드 분포의 포인트들의 쌍들은 공통된 대칭점(점대칭의 경우) 또는 공통된 대칭축(미러 대칭의 경우)을 중심으로 대칭적으로 배열된다. 동공면 필드 분포가 공통 대칭점 또는 대칭축을 중심으로 완벽하게 대칭인 경우, 포인트들의 쌍들은 동일한 진폭을 가지며 이들 사이에 180도 위상 시프트를 적용함으로써 상쇄 간섭하게 될 수 있다. 따라서 대칭 백그라운드 신호를 효율적으로 제거할 수 있으며 대칭으로부터 벗어나는지를 높은 감도로 감지할 수 있다. 아래에 설명된 도 6은 동공면 필드 분포의 상이한 포인트들이 미러 대칭적으로 간섭하는 예를 도시한다. 아래에 설명된 도 7은 동공면 필드 분포의 상이한 포인트들이 점대칭적으로 간섭하는 예를 도시한다.

일 실시예에서, 검출기에 도달하는 반사된 제1 방사선 빔 및 반사된 제2 방사선 빔은 기판(W) 상의 타겟 구조체로부터의 0차 반사로부터 기인한 것이다. 따라서 이러한 접근법은 고분해능 피처(예컨대, 제조될 디바이스 구조체의 분해능에 있는 피처)를 측정하는 데에 적합하다.

도 4-7의 실시예에서, 광학 시스템(60)은 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔이 제1 브랜치(61) 및 제2 브랜치(62)를 포함하는 공통된 광 경로 주위에서 반대 방향으로 전파되도록 되어 있다. 도시된 실시예에서, 제1 브랜치(61) 및 제2 브랜치(62)는 공통의 광학 요소(예를 들어, 렌즈(42A, 42B 및 44))를 갖지만 방사선은 각각의 브랜치에서 이들 공통 광학 요소의 상이한 부분들을 통해 전파된다. 공통된 광 경로는 제1 방사선 빔의 광 궤적과 제2 방사선 빔의 광 궤적이 (공학적 공차 내에서) 서로 중첩될 수 있다는 점에서 공통이다. 공통된 광 경로에서 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔의 광 궤적들 간의 유일한 차이점은 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 반대 방향으로 진행한다는 것이다. 공통된 광 경로는 폐쇄형 광 경로이다. 제1 방사선 빔은 제1 브랜치(61)를 따라 (도시된 예에서 아래쪽으로) 빔 스플리터(48)로부터 기판(W)으로 그리고 제2 브랜치(62)를 따라 (도시된 예에서 위쪽으로) 기판(W)으로부터 다시 빔 스플리터(48)로 전파된다. 제2 방사선 빔은 제2 브랜치(62)를 따라 (도시된 예에서 아래쪽으로) 빔 스플리터(48)로부터 기판(W)으로 그리고 제1 브랜치(61)를 따라 (도면에서 위쪽으로) 기판(W)으로부터 다시 빔 스플리터(48)로 전파된다. 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔은 기판 상의 동일한 위치에 포커싱되어 기판(W) 상에 이미지(예를 들어, 소스(11)의 이미지)를 형성한다. (위상 시프트가 적용되지 않은 경우에 비해) 검출기(38)에서 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔 사이의 상쇄 간섭을 증가시키기 위해 제2 방사선 빔에 비해 제1 방사선 빔에 위상 시프트가 적용된다. 일 실시예로서, 위상 시프트는 제2 방사선 빔의 단면 전체에 비해 제1 방사선 빔의 단면 전체에 균일하게 적용된다. 하나의 특정 부류의 실시예에서, 위상 시프트는 180도이다. 이러한 위상 시프트는 관심 파라미터(예컨대, 오버레이)에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 간섭에 의해 향상되도록 하는 것이다.

제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔의 공통된 광 경로로 인해, 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔이 반사되는 타겟 구조체가 완전히 대칭(예를 들어 점대칭 또는 미러 대칭)이라면, 180도의 위상 차이가 적용된 경우, 동공면 필드 분포의 모든 포인트들에 대해 검출기(38)에서 완전한 상쇄 간섭이 이루어질 수 있다. 예를 들어 오버레이로 인한 타겟 구조체의 임의의 비대칭은 불완전한 상쇄 간섭을 유발할 것이다. 불완전한 상쇄 간섭은 검출기(38)에서 비대칭의 척도를 얻는 데에 사용될 수 있는 신호를 제공한다. 따라서 이러한 간섭측정은 원하지 않는 백그라운드 신호를 제거하고 비대칭을 측정할 수 있는 감도를 향상시킨다.

백그라운드가 제거될 수 있는 정도는 빔 스플리터(48)와 같은 광학 요소의 정렬 정확도 및/또는 광학적 결함에 의존할 것이다. 불완전한 정렬은 줄무늬(fringe)를 발생시킬 것이다(제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔으로부터의 반사된 빔이 서로 정확하게 겹치지 않거나 정확하게 동일한 방향으로 전파되지 않음으로 인하여). 불완전한 광학계는 예를 들어 빔 스플리터(48)가 정확히 50/50 빔 분할을 제공하지 않는 경우 불완전한 백그라운드 억제를 초래할 것이다.

도 5의 예에서, 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔은 모두 렌즈(42A, 42B 및 44)에 의해 기판(W) 상에 포커싱된다. 렌즈들(42A 및 42B) 사이의 이미지 평면은 34로 표시되어 있다. 기판(W)은 또한 이미지 평면에 위치된다. 렌즈들(42B 및 44) 사이의 동공면은 32로 표시되어 있다. 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔으로부터의 반사된 방사선은 두 번째로 빔 스플리터(48)를 통과한 후에 렌즈(18A 및 18B)를 통하여 검출기(38)로 지향된다. 일 실시예에서, 입력 방사선 빔(34)은 편광되고, 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔은 기판(W)으로부터 반사된 후에 그리고 검출기(38)에 의해 검출되기 전에 입력 방사선의 편광에 대해 교차되는 편광기(36)를 통과한다. 도시된 실시예에서, 입력 방사선 빔(34)의 편광은 편광기(30)에 의해 제공되고 교차된 편광은 렌즈(18B)와 검출기(38) 사이에 위치된 편광기(36)에 의해 제공된다. 편광기(36)는 편광기(30)에 대해 교차된다. 일 실시예에서, 편광기(36)는 편광 빔 스플리터를 포함한다. 타겟 구조체(예를 들어, 오버레이)에서의 비대칭으로부터 반사된 방사선에 대한 기여분은 교차된 편광 성분에 존재한다. 비대칭과 관련이 없는 반사된 방사선에 대한 기여분은 일반적으로 교차된 편광 성분에 존재하지 않아야 한다. 따라서, 교차된 편광기의 사용은 타겟 구조체의 비대칭에 관한 정보를 포함하지 않는 백그라운드 신호를 추가로 억제한다. 렌즈들(18A 및 18B) 사이의 이미지 평면은 34로 표시되어 있다. 렌즈(18B) 이후 및 검출기(38)에 인접한 동공면은 32로 표시되어 있다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서 검출기는 동공면에서의 세기를 측정한다.

일 실시예에서, 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔은 대칭적으로 기판(W) 상으로 지향된다. 이러한 대칭에 의해, 기판(W)으로부터 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 반사되기 전에 제1 방사선 빔의 동공면 필드 분포가 제2 방사선 빔의 동공면 필드 분포(제1 방사선 빔의 동공면 필드 분포와 동일한 평면에 있음)에 대해 미러 대칭이거나 점대칭이 될 수 있다. 광학 시스템은, 제1 브랜치 또는 제2 브랜치에서 전파되는 방사선의 동공면 필드 분포의 적어도 하나의 반전(flip) 또는 회전을 수행하여 제1 방사선 빔으로부터의 이미지 및 제2 방사선 빔으로부터의 이미지가 서로 미러 대칭 또는 점대칭을 이루는 동공면 필드 분포를 갖는 방사선에 의해 각각 형성되도록 한다.

도 6의 예에서, 제1 브랜치에서 전파되는 방사선의 동공면 필드 분포는, 제1 방사선 빔으로부터의 이미지 및 제2 방사선 빔으로부터의 이미지가 서로 미러 대칭을 이루는 동공면 필드 분포를 갖는 방사선에 의해 각각 형성되도록, 반전(반사)된다. 이러한 유형의 실시예들에서, 동공면 필드 분포의 반전(flip)에 의해 도입된 추가 광 경로 길이를 보상하기 위하여 광 경로 길이 보상기(50)가 제공될 수 있다. 도 6의 특정 예에서, 동공면은 제1 브랜치(61)에서 동공면 필드 분포 수정 유닛(46)에 의해 반전된다. 그 다음에 광 경로 길이 보상기(50)가 제2 브랜치(62)에 위치된다.

동공면 필드 분포 수정 유닛(46)은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 도시된 구성에서, 방사선 빔의 방향을 (수평에서 하향으로) 변경하고 동공면 필드 분포를 반전시키는 요구되는 기능을 달성하는 광학 요소의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 이러한 기능은 예를 들어 2개의 적합하게 배향된 미러 또는 오각 프리즘을 사용하여 구현될 수 있다.

광 경로 길이 보상기(50)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. (동공면 필드 분포 수정 유닛(46)을 통한 우회를 보상함으로써) 빔 스플리터(48)로부터 기판(W) 상의 타겟 구조체까지의 광 경로 길이를 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔에 대해 동일하게 하는 등의 요구되는 기능을 달성하는 광학 요소의 모든 조합이 사용될 수 있다. 이는 타겟 구조체가 이미지 평면에 있고 따라서 초점이 맞는지 보장하는 데에 필수적이다(타겟 구조체의 최적 측정 허용). 도 6의 특정 예에서, 광 경로 길이 보상기(50)는 4개의 미러를 포함한다. 광 경로 길이 보상기(50)는 대안적으로 직각 프리즘 또는 직각 프리즘과 미러의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 광 경로 길이 보상기(50)는 고정되거나(예를 들어, 동공면 필드 분포 수정 유닛(46)에 완벽하게 매칭됨) 또는 (융통성을 위해) 길이가 튜닝 가능할 수 있다. 원칙적으로 (높은 굴절률 때문에) 유리 플레이트가 사용될 수 있다.

도 7은 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔을 기판(W) 상으로 대칭적으로 지향시키는 대안적인 구현예를 도시한다. 미러 대칭이 달성되는 도 6의 실시예와 대조적으로, 도 7의 구성은, 기판(W)으로부터 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔이 반사되기 전에 제1 방사선 빔의 동공면 필드 분포가 제2 방사선 빔의 동공면 필드 분포에 대해 점대칭이 되게 한다. 도 7의 예에서, 이것은 제2 브랜치(62)에 추가적인 반전(미러 반사)을 추가하도록 도 6의 구성을 수정함으로써 달성된다. 도시된 예에서, 추가 반전은 도브(dove) 프리즘(80)에 의해 구현된다. 대안적인 실시예에서, 추가 반전은, 예를 들어 광 경로 길이 보상기(50)의 미러 중 하나 대신에 루프 탑 아미치 프리즘(roof top Amici prism)을 사용하여 구현된다. 대안적으로, 추가 반전은 제1 브랜치(61)에 제공된다. 대안적으로, 이러한 효과는 공공면 필드 분포의 회전, 예를 들어 브랜치 중 하나에서 -90도 회전 및 나머지 브랜치에서 +90도 회전을 구현함으로써 달성될 수 있다. 점대칭은 서로 반대 방향으로부터 타겟과 상호 작용한 광빔을 간섭시키는 것에 대응하기 때문에 바람직하다. 타겟 자체의 대칭성으로 인해 동공면 필드 분포에서의 미러 대칭이 적절하지 않을 수도 있는 정렬된 격자 타겟에는 이것이 필요하지 않을 수도 있다. 그러나, 오버레이 타겟이 정렬되어 있지 않거나 또는 제품 피처를 측정하는 것이 요구되는 경우, 동공면 필드 분포가 점대칭이 되도록 하기 위해 도 7의 실시예와 같은 실시예를 사용해야 할 수도 있다.

빔 스플리터(48)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 도시된 예에서, 플레이트 빔 스플리터가 사용된다. 다른 실시예에서는, 큐브 빔 스플리터 또는 펠리클 빔 스플리터가 사용된다. 최대 상쇄 간섭을 위해서는 50/50 빔 스플리터가 바람직하다.

오직 오버레이 등의 비대칭만 측정하는 경우 일반적으로 180 도의 위상 시프트가 사용될 것이다. 그러나 다른 위상 시프트를 사용하면 백그라운드 신호의 억제가 불완전해질 것이다. 이것은 백그라운드 신호로부터 정보를 얻는 것이 바람직한 경우에 유리할 수 있다. 예를 들어 타겟의 대칭 특성들(예를 들어, 임계 치수)에 관한 정보가 획득될 수 있다. 일 실시예에서, 계측 장치는 위상 시프트가 선택적으로 제어 가능하도록 구성된다. 그러므로 백그라운드 레벨은 원하는대로 튜닝될 수 있거나, 또는 비대칭 특성에 주로 민감한 모드와 대칭 특성에 주로 민감한 모드 사이에서 측정을 전환할 수 있다. 일 실시예에서, 위상 시프트는 적어도 일시적으로 180도에 가깝지만 정확히 180 도는 아니게 되도록 배열된다(예를 들어, 180도 ± 1도, 선택적으로 2도, 선택적으로 5도, 선택적으로 10도, 선택적으로 20 도의 시프트). 위상 시프트의 제어는 예를 들어 빔 스플리터(48)를 적절히 적응시킴으로써 구현될 수 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 대칭 특성의 측정은 빔 스플리터(48)를 선택적으로 제거하거나 빔 스플리터를 양면 미러와 같은 다른 컴포넌트로 선택적으로 대체하는 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 빔 스플리터(48)는 50/50 이외의 빔 분할 비율을 갖도록 구성될 수 있다(이는 타겟 구조체의 대칭 성분들에 대해 불완전한 상쇄 간섭을 야기할 것이다).

하나의 출력이 180 도의 위상차를 가질 때 나머지 출력이 0 도의 위상차를 갖는 것이 간섭계의 일반적인 특성이다. 따라서, 대칭 성분이 예를 들어 하나의 출력에서 상쇄 간섭할 때, 나머지 출력에서는 보강 간섭할 것이다. 이러한 원리에 기초하여, 빔 스플리터(48)로부터 출력되어 역으로 소스(11)를 향하는 방향으로 방사선을 수광하는 추가 검출기(39)가 제공될 수 있다. 검출기(39)로 이어지는 출력에 180 도의 위상 시프트가 적용되면, 역으로 소스(11)를 향해 이어지는 출력에는 0 도의 위상 시프트가 적용된다. 예시적인 구성이 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 예에서, 빔 스플리터(48)로부터 출력되어 역으로 소스(11)를 향하는 방향으로 방사선을 수광하는 추가 빔 스플리터(49)가 제공될 수 있다. 이러한 추가 빔 스플리터(49)는 렌즈(18C 및 18D)를 통해 방사선을 검출기(39)를 향해 지향시킨다. 검출기(39)는 이미지 평면 또는 동공면에 위치될 수 있다. 이러한 유형의 실시예는 검출기(38)를 통한 관심 파라미터(예를 들어, 오버레이)의 결정과 검출기(39)를 통한 백그라운드 신호로부터의 추가 정보(예를 들어 임계 치수)의 결정을 동시에 허용한다. 추가 검출기(39)는 광학 유닛(40)의 특정 구현 세부 사항에 관계 없이 제공될 수 있다. 실시예들에서, 선택적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 도 6, 7 및 10 중 어느 하나의 도면을 참조하여 설명된 바와 같이 광학 유닛(40)과 조합하여 추가 검출기(39)가 제공된다.

도 6 및 도 7의 실시예에서, 반사된 제1 방사선 빔과 반사된 제2 방사선 빔 사이의 180 도의 위상 시프트는 이러한 2개의 빔이 빔 스플리터를 통해 투과 또는 반사되는 상이한 방식에 의해 제공된다. 도시된 특정 예에서, 제1 방사선 빔은 빔 스플리터(48)의 일측(좌측)으로부터의 반사에 의해 출력되고, 공통된 광 경로 주위로 전파된 후, 빔 스플리터(48)의 반대측(우측)으로부터의 반사에 의해 검출기(38)로 지향된다. 여기에는 두 가지 반사(내부 및 외부)가 수반된다. 대조적으로, 제2 방사선 빔은 빔 스플리터(48)를 통한 투과에 의해 출력되고, 공통된 광 경로 주위로 전파된 후, 빔 스플리터(48)를 통한 두 번째 투과에 의해 검출기(38)로 지향된다. 따라서, 광 경로 길이가 동일하면, 빔 스플리터로부터의 하나의 외부 반사에 의해 도입된 180도 위상 시프트는 2개의 방사선 빔 사이에 원하는 180도 위상 시프트를 제공한다.

일 실시예로서, 빔 스플리터(48)로 입력되는 입력 방사선(34)은 동공면 필드 분포의 제1 영역이 제거되어 동공면 필드 분포의 제2 영역만 남게 되는 동공면 필드 분포를 포함한다. 도 4-7의 실시예에서, 제1 영역은 개구 플레이트(13H)에 의해 제거된다. 일 실시예로서, 제1 영역 및 제2 영역은 서로 반대로 향하는 반원이다. 이러한 접근법은 방사선의 최대 비율이 기판(W)의 대칭 조명에 기여할 수 있기 때문에 바람직하다. 렌즈(44)에는 완전한 원형 동공면 필드 분포가 제공된다. 절반은 제1 방사선 빔에 의해 제공되고 다른 절반은 제2 방사선 빔에 의해 제공된다. 이러한 유형의 실시예에서, 동공면 필드 분포의 반전은 동공면의 제1 영역의 반원의 직선 에지에 대한 반사(도 6) 및/또는 동공면의 제1 영역의 반원의 미러 대칭선에 대한 반사(도 7)를 포함할 수 있다.

도 6은 입력 방사선(34)의 광학 유닛(40)으로의 입력과 기판(W)으로부터 반사된 후 방사선 빔의 광학 유닛(40)으로부터의 출력 사이의 광 경로의 다양한 포인트들에서의 동공면 필드 분포를 나타낸다. 광학 유닛(40)으로의 진입 시점에서의 입력 방사선(34)의 동공면 필드 분포는 (위에서 볼 때) 70으로 표시되어 있다. 화살표는 방사선의 전파 방향을 나타낸다(이 경우 아래쪽). 도면에서 광학 시스템을 통해 동공면 필드 분포의 배향의 시각적 추적을 용이하게 하기 위해 동공면 필드 분포의 기준이 되는 부분을 식별하도록 원, 사각형 및 삼각형이 도면에 제공되어 있다(실제 동공면 분포에는 존재하지 않음).

전술한 바와 같이, 입력 방사선(34)은 빔 스플리터에 의해 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔으로 분할된다.

제1 방사선 빔은 제1 브랜치(61)를 따라 광학 유닛(40)을 아래쪽으로 빠져나가기 전에 동공면 필드 분포 수정 유닛(46)을 통과한다. 이 단계에서의 동공면 필드 분포는 (위에서 볼 때) 71A로 표시된다. 보이는 바와 같이, 동공면 필드 분포(71A)는 동공면 필드 분포(70)의 미러 이미지이다. 미러 대칭 축은 반원의 직선 에지이다. 제1 방사선 빔은 광학 유닛(40)과 기판(W) 사이의 광학계(제1 브랜치(61)의 나머지)를 통과하여 기판(W) 상에 이미지를 형성한다. 그 후 제1 방사선 빔은 기판(W)으로부터 반사되고 제2 브랜치(62)를 따라 상향으로 전파된다. 반사된 제1 방사선 빔은 기판(W)과 광학 유닛(40) 사이의 광학계를 통과한다. 광학 유닛으로의 진입 시에 반사된 제1 방사선의 동공면 필드 분포는 (위에서 볼 때) 71B 으로 표시되어 있다. 광학 유닛(40)과 기판(W) 사이의 광학계는 동공면 필드 분포(71B)를 제공하기 위해 점대칭 방식으로 동공면 필드 분포(71A)를 재배열하게 된다. 반사된 제1 방사선 빔은 광 경로 길이 보상기(50)를 상향으로 통과하고, 빔 스플리터(48)로부터 반사된 후에 광학 유닛(40)으로부터 출력된다. 이 단계에서의 동공면 필드 분포는 (좌측으로부터 수평으로 볼 때) 71C로 표시된다.

제2 방사선 빔은 제1 방사선 빔과 반대 방향으로 공통된 광 경로 주위로 전파된다. 빔 스플리터(48)를 통해 투과된 후에 그리고 광 경로 길이 보상기(50)를 통해 전파된 후에 제2 방사선 빔의 동공면 필드 분포는 (위에서 볼 때) 72A로 표시된다. 동공면 필드 분포(72A)는 동공면 필드 분포(70)와 동일하다. 제2 방사선 빔은 광학 유닛(40)과 기판(W) 사이의 광학계(제2 브랜치(62)의 나머지)를 통과하여 기판(W) 상에 이미지를 형성한다. 그 후 제2 방사선 빔은 기판(W)으로부터 반사되고 제1 브랜치(61)를 따라 상향으로 전파된다. 반사된 제2 방사선 빔은 기판(W)과 광학 유닛(40) 사이의 광학계를 통과한다. 광학 유닛(40)으로의 진입 시에 반사된 제2 방사선의 동공면 필드 분포는 (위에서 볼 때) 72B 으로 표시되어 있다. 광학 유닛(40)과 기판(W) 사이의 광학계는 동공면 필드 분포(72B)를 제공하기 위해 점대칭 방식으로 동공면 필드 분포(72A)를 재배열하게 된다. 반사된 제2 방사선 빔은 동공면 필드 분포 수정 유닛(46)을 통과하고, 빔 스플리터(48)를 통해 두 번째로 투과된 후에 광학 유닛(40)으로부터 출력된다. 이 단계에서의 동공면 필드 분포는 (좌측으로부터 수평으로 볼 때) 72C로 표시된다.

도 7은 도 6과 동일한 포인트들에서 동공면 필드 분포를 보여준다. 위에서 논의된 추가적인 반전은 동공면 필드 분포(71A)가 동공면 필드 분포(72A)에 대해 미러 대칭 대신에 점대칭이 되게 한다.

동공면 필드 분포(71C 및 72C)는 동일한 배향을 가지며 서로 정확히 겹치게 된다(공학적 공차 내에서). 이에 의해, 도 6 및 도 7에서 71B 및 72B의 조합에 의해 규정된 동공면 필드 분포에서 서로 미러 대칭 또는 점대칭을 이루는 포인트들의 쌍들로부터 발생하는 방사선이 간섭하게 된다. 그러면 대응하는 방사선 세기가 검출기(38)에서 검출될 수 있다. 도 6 및 도 7의 개략적인 도면에서, 71B 및 72B의 2개의 삼각형이 간섭하게 될 것이고, 71B 및 72B의 2개의 정사각형이 간섭하게 될 것이고, 71B 및 72B의 2개의 원이 간섭하게 될 것이다. (타겟 구조체가 어떠한 비대칭도 유발하지 않았기 때문에) 동공면 필드 분포(71B 및 72B)가 서로 정확히 동일하다면 상쇄 간섭은 전체 동공면 필드 분포를 어둡게 할 것이다. 반부 동공의 두 사본이 공간적으로 중첩되기 때문에, 동공 전체에 걸쳐 공간적 코히어런스를 가질 필요는 없다. 위에서 논의된 바와 같이, 동공면 필드 분포에서의 임의의 비대칭은 불완전한 상쇄 간섭을 야기하여 밝은 영역을 제공할 것이다. 이러한 밝은 영역은 검출기(38)에 의해 검출될 수 있고 타겟 구조체에서의 비대칭에 관한 정보를 제공할 수 있다.

검출기(38)에 의해 기록된 세기는 타겟에서의 비대칭(예를 들어, 오버레이)에 대해 대략 2차의 종속성을 가질 것으로 예상된다. 이러한 종속성이 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 이것은 두 가지 바람직하지 않은 결과를 초래한다. 첫째로, 원점 근처에서의 2차 곡선의 비교적 평탄한 범위로 인해 측정의 감도가 상대적으로 낮다. 주어진 크기의 오버레이(도 8에서 빗금친 사각형의 폭의 절반으로 표시됨)에 대해, 세기(52)의 변화는 비교적 작다(52로 표시된 빗금친 사각형의 높이로 표시됨). 둘째로, 비대칭의 방향(예를 들어, 오버레이의 경우, 한 층의 패턴이 그 위에 놓여 있는 층의 패턴에 대해 변위되어 있는 방향)은 2차 곡선의 대칭으로 인해 알려져 있지 않다.

일 실시예에 따르면, 상기 결과는 알려진 바이어스를 비대칭(예를 들어, 오버레이에 대한 바이어스)에 적용함으로써 해결된다. 일반적으로 바이어스는 측정하려는 비대칭보다 클 것이다. 이러한 바이어스의 효과가 도 9에 나타나 있다. 적용된 바이어스는 화살표 54로 표시되어 있다. 측정될 비대칭으로 인한 세기의 변화는 도 8과 비교하여 동일한 양의 비대칭에 대해 훨씬 더 크다(도 9의 화살표(52)와 도 8의 화살표(52)를 비교). 또한, 비대칭의 방향이 도출될 수 있다. (도 8에서와 같이) 음의 비대칭이 양의 비대칭과 세기에 있어서 동일한 변화를 생성하는 대신에, 도 9의 구성에서 음의 비대칭은 세기의 큰 감소를 초래하고 양의 비대칭은 세기의 큰 증가를 초래한다. 따라서 더 높은 감도로 비대칭을 측정하고 비대칭의 방향을 추론할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 광학 동공 대칭(OPS) 시스템을 사용하여 타겟 구조체의 대칭 성분으로부터의 반사에 대해 상쇄 간섭을 제공하고 (오버레이와 같은) 타겟 구조체의 비대칭 성분으로부터의 반사에 대해 보강 간섭을 제공하는 계측 장치가 제공된다. OPS 시스템을 구현하는 방법에 대한 세부 사항은 WO 2016/096310 A1에 제공되어 있으며, 이의 전체 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

일 실시예에서, 도 4의 구성이 동공면 필드 분포의 제1 영역을 제거하기 위한 개구 플레이트(13H)를 포함하지 않을 수 있고 광학 유닛(40)이 도 10에 도시된 바와 같이 구성된다는 점만 제외하고는, 도 4-9를 참조로 하여 전술한 바와 같은 계측 장치가 제공된다. 도 10의 광학 유닛(40)은 OPS 시스템을 포함한다. 광학 유닛(40)은 방사선 빔(34)을 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔으로 분할하는 제1 빔 스플리터(83)를 포함한다. 광학 유닛(40)은 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔을 재결합하는 제2 빔 스플리터(84)를 더 포함한다. 제1 방사선 빔은 제1 빔 스플리터(83)와 제2 빔 스플리터(84) 사이의 제1 광학 브랜치(81)를 따라 전파된다. 제2 방사선 빔은 제1 빔 스플리터(83)와 제2 빔 스플리터(84) 사이의 제2 광학 브랜치(82)를 따라 전파된다. 제1 광학 브랜치(81) 및 제2 광학 브랜치(82)는 제2 방사선 빔의 필드 분포에 대한 제1 방사선 빔의 필드 분포를 2개의 직교하는 축을 중심으로 반전시키거나 회전시킨다. 도 10의 예에서, 제1 방사선 빔은 제1 도브 프리즘(85)을 사용하여 제1 브랜치(81)에서 제1 축을 중심으로 반전된다. 제2 방사선 빔은 제2 도브 프리즘(86)을 사용하여 제2 브랜치(82)에서 제1 축에 수직인 제2 축을 중심으로 반전된다. 대안적인 구현예로서, 제1 브랜치에서 제1 방사선 빔을 -90 도로 회전시키고 제2 브랜치에서 제2 방사선 빔을 +90 도로 회전시키는 광학 요소가 제공된다. 제1 광학 브랜치(81)를 따른 광 경로 길이는 제2 광학 브랜치(82)를 따른 광 경로 길이와 동일하다.

방사선 빔은(예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있는 광학 시스템(60)을 통해) 타겟 구조체로부터 반사되기 전에 제1 빔 스플리터(83) 및 제2 빔 스플리터(84)를 통과한다. 구조체 상에 포커싱되는 방사선 빔의 동공면 필드 분포는 점대칭이다. 이어서, 방사선 빔은 (반대 방향으로) 타겟 구조체로부터 반사된 후 제1 빔 스플리터(83) 및 제2 빔 스플리터(84)를 추가로 통과한다. 이에 의해, 제1 빔 스플리터(83)로부터의 제1 출력(87)은, 제1 방사선 빔 및 제2 방사선 빔이 타겟 구조체의 대칭 성분으로부터의 반사에 대해 상쇄 간섭하고 타겟 구조체의 비대칭 성분으로부터의 반사에 대해 보강 간섭함으로써 형성된다. 그러므로 제1 출력(87)은, 관심 파라미터(예컨대, 오버레이)에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 하나 이상의 다른 성분(예컨대, 대칭 성분)에 비해 향상되도록 한다.

방사선은 도 21에 개략적으로 도시된 바와 같이 4개의 상이한 루트를 통해 도 10의 OPS 시스템을 통해 전파될 수 있다: 1) 제2 광학 브랜치(82)를 통해 타겟 구조체로 그리고 제1 광학 브랜치(81)를 통해 다시 제1 빔 스플리터(83)로(도 21의 컬럼 120A에 해당), 2) 제1 광학 브랜치(81)를 통해 타겟 구조체로 그리고 제2 광학 브랜치(82)를 통해 다시 제1 빔 스플리터(83)로(도 21의 컬럼 120B에 해당), 3) 제1 광학 브랜치(81)를 통해 타겟 구조체로 그리고 제1 광학 브랜치(82)를 통해 다시 제1 빔 스플리터(83)로(도 21의 컬럼 121A에 해당), 4) 제2 광학 브랜치(82)를 통해 타겟 구조체로 그리고 제2 광학 브랜치(82)를 통해 다시 제1 빔 스플리터(83)로(도 21의 컬럼 121B에 해당). 함께 고려된 루트 1 및 2(120A 및 120B)는 도 4-9를 참조하여 논의된 공통된 경로 간섭계 실시예와 유사하다. 함께 고려된 루트 3 및 4(121A와 121B)는 이중 Mach Zehnder 간섭계와 유사하다. 두 쌍의 루트는 모두 타겟 구조체의 대칭 성분으로부터의 반사와 관련하여 180 도의 위상차를 제공하여, 상쇄 간섭을 야기한다. 비대칭 성분은 보강 간섭할 수 있고, 이로써 제1 출력(87)을 통해 검출된 신호에 기여할 수 있다.

루트 3 및 4(121A 및 121B)는 루트 1 및 2(120A 및 120B)의 공통된 경로 이점을 가지지 않으며 정렬 오차에 더 민감하다. 따라서 루트 1 및 2로부터의 기여분을 루트 3 및 4의 기여분으로부터 분리할 수 있는 것이 바람직하다.

일 실시예로서 제1 빔 스플리터(83)로 입력되는 방사선 빔(34)이, 동공면 필드 분포의 제1 영역이 제거되어 동공면 필드 분포의 제2 영역만 남게 되는 동공면 필드 분포를 포함하도록 구성함으로써 이러한 분리가 이루어진다. 도 4 내지 도 7을 참조하여 전술한 바와 같이, 이는 예를 들어 상류의 동공면에서 개구 플레이트(13H)를 통해 달성될 수 있다. 일 실시예로서, 제1 영역 및 제2 영역은 서로 반대로 향하는 반원이다. 일 실시예로서, 검출기(38)는 제1 출력(87)의 동공면 필드 분포의 제1 부분(예컨대, 반원 영역)으로부터의 방사선을 제1 출력(87)의 동공면 필드 분포의 제2 부분(예컨대, 상이한 반원 영역)으로부터의 방사선과 독립적으로 검출하도록 구성된다. 루트 1 및 2(120A 및 120B)로부터의 기여분이 배타적으로 제1 출력(87)의 동공면 필드 분포의 제1 부분 내에 있도록 하고 루트 3 및 4(121A 및 121B)로부터의 기여분이 배타적으로 제1 출력(87)의 동공면 필드 분포의 제2 부분 내에 있도록 함으로써, 루트 3 및 4(121A 및 121B)로부터의 기여분과 독립적으로 루트 1 및 2(120A 및 120B)로부터의 기여분을 검출하는 것이 가능하다.

이러한 접근법은 제1 빔 스플리터(83)에 입력되는 방사선 빔(34)이 반원형 동공면 필드 분포를 포함하는 경우에 대해 도 21에 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 컬럼(120A, 120B, 121A, 121B)은, 제1 빔 스플리터(83) 및 제2 빔 스플리터(84)를 통해 타겟 구조체로 그리고 다시 제2 빔 스플리터(84) 및 제1 빔 스플리터(83)를 통해 제1 출력(87)을 형성하게 되는 방사선 빔(34)에 대한 상이한 루트에 대응한다.

행(131)은 제1 빔 스플리터(83)에 대한 입력으로서 방사선 빔(34)의 동공면 필드 분포의 예시적인 배향(빔 방향을 따라서 볼 때)을 나타낸다.

행(132)은(방사선이 취한 루트에 따라) 제1 광학 브랜치(81) 또는 제2 광학 브랜치(82)에서의 반전 동작 후 동공면 필드 분포의 배향을 나타낸다. 따라서 행(132)은 타겟 구조체 상으로 방사선의 입사 이전에 동공면 필드 분포의 배향을 나타낸다. 행(131)과 행(132) 사이의 화살표는 반전 동작의 성질을 나타낸다. "x"는 x 방향으로의 반전을 나타낸다. "y"는 y 방향으로의 반전(x에 수직)을 나타낸다.

행(133)은, 방사선이 대물 렌즈를 통과하여 타겟 구조체에 이르고 타겟 구조체로부터 반사된 후에 다시 대물 렌즈를 통과함으로 인하여 x 및 y에 대해 반전된 후의 동공면 필드 분포의 배향을 나타낸다. 따라서 행(133)은 타겟 구조체로부터 반사된 후에 동공면 필드 분포의 배향을 나타낸다. 행(132)과 행(133) 사이의 화살표는 반전 동작의 성질을 나타낸다. "xy"는 x 방향 및 y 방향에 대한 반전을 나타낸다.

행(134)은 타겟 구조체로부터 반사된 후에 (방사선이 취한 루트에 따라) 제1 광학 브랜치(81) 또는 제2 광학 브랜치(82)에서의 반전 동작 후 동공면 필드 분포의 배향을 나타낸다. 따라서 행(134)은 제1 출력(87)에서 동공면 필드 분포의 최종 배향을 나타낸다. 행(133)과 행(134) 사이의 화살표는 반전 동작의 성질을 나타낸다.

행(134)은, 동공면 필드 분포의 배향이 루트 1 및 2(120A 및 120B)에 대하여 제1 출력(87)에서 동일함을 나타낸다. 배향은 제1 빔 스플리터(83)에 입력되는 방사선 빔(34)에서의 배향과 동일하다. 따라서, 이러한 예에서 동공면 필드 분포의 좌측 상부는 제1 출력(87)의 동공면 필드 분포의 제1 부분에 대응한다. 따라서 제1 출력(87)의 동공면 필드 분포의 제1 부분은: 1) 제1 광학 브랜치(81)를 통해 타겟 구조체로 그리고 제2 광학 브랜치(82)를 통해 타겟 구조체로부터 역으로 전파된 방사선(루트 2, 120B), 및 2) 제2 광학 브랜치(82)를 통해 타겟 구조체로 그리고 제1 광학 브랜치(81)를 통해 타겟 구조체로부터 역으로 전파된 방사선(루트 1, 120A)으로부터 배타적으로 형성된다.

동공면 필드 분포의 배향은 또한 루트 3 및 4(121A 및 121B)에 대하여 제1 출력(87)에서 동일하고 루트 1 및 2(120A 및 120B)와는 상이하다. 이러한 배향은 제1 빔 스플리터(83)에 입력되는 방사선 빔(34)에서의 배향에 비해 x 방향 및 y 방향으로 반전된 것이다. 따라서, 이러한 예에서 동공면 필드 분포의 우측 하부는 제1 출력(87)의 동공면 필드 분포의 제2 부분에 대응한다. 따라서 동공면 필드 분포의 제2 부분은, 1) 제1 광학 브랜치(81)를 통해 타겟 구조체로 그리고 제1 광학 브랜치(81)를 통해 타겟 구조체로부터 역으로 전파된 방사선(루트 3, 121A), 및 2) 제2 광학 브랜치(82)를 통해 타겟 구조체로 그리고 제2 광학 브랜치(82)를 통해 타겟 구조체로부터 역으로 전파된 방사선(루트 4, 121B)으로부터 배타적으로 형성된다.

루트 1 및 2로부터의 방사선을 루트 3 및 4로부터의 방사선에 대하여 동공면 필드 분포의 상이한 부분으로 분리함으로써, 루트 1 및 2로부터의 기여분이 루트 3 및 4로부터의 기여분과 독립적으로 검출될 수 있다.

이중 Mach Zehnder 간섭계에 해당하는 루트 3 및 4로부터의 기여분은 정렬 오차, 경로 길이 오차 및 광학계 결함에 매우 민감할 것이다. 이러한 오차는 제1 출력(87)에서 뿐만 아니라 타겟 구조체 상에 줄무늬를 유발할 수도 있다. 일 실시예에서, 이들 줄무늬는 제1 광학 브랜치(81)를 따른 광 경로 길이가 제2 광학 브랜치(82)를 따른 광 경로 길이와 다르도록 배열함으로써 감소되거나 제거된다. 일 실시예에서, 이러한 차이는 제1 빔 스플리터(83)로 입력되는 방사선 빔(34)의 시간적 코히어런스 길이보다 크지만(즉, 타겟 구조체 상의 줄무늬가 실질적으로 감소되거나 제거됨) 대물 광학 시스템의 동공면(32)에서의 초점 깊이보다 작다(도 5 참조). 따라서, 이러한 접근법은 타겟 구조체의 조명의 평활도(균질성)를 개선시킨다. 루트 3 및 4로부터의 기여분은 더 이상 제1 출력(87)에서 완벽하게 상쇄 간섭하지 않을 것이다. 그 대신, 루트 3 및 4로부터의 기여분에 대응하는 동공면 필드 분포의 제2 부분은 대칭 및 비대칭 기여분을 모두 포함할 것이다. 그러나 루트 1과 2로부터의 기여분은, 두 루트 모두 보다 짧은 광학 브랜치(81 또는 82)를 따른 한 번의 전파와 보다 긴 광학 브랜치(82 또는 81)를 따른 한 번의 전파를 포함하여 전체 경로 길이가 각 루트에 대해 동일하게 될 것이므로 여전히 상쇄 간섭하게 될 것이다. 루트 1 및 2의 공통된 경로 기하구조로 인해, 간섭은 정렬 및 광학적 결함에 덜 민감하게 될 것이고, 따라서 방사선에 대한 비대칭 기여분에 매우 민감하게 액세스할 수 있게 될 것이다.

도 11은 방사선 빔이 타겟 구조체로부터 반사된 후에만(반사되기 전이 아니라) 통과하도록 도 10의 OPS 시스템이 배치되는 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 유형의 실시예들에서, 구조체에 입사되는 방사선에 공간적 코히어런스를 도입하기 위해 다른 배열들이 제공될 수 있고/있거나 소스(11)는 공간적 코히어런트 방사선을 출력하도록 구성될 수 있다. 도 4의 구성이 동공면 필드 분포의 제1 영역을 제거하기 위한 개구 플레이트(13H)를 포함하지 않을 수 있고, 도 10의 광학 유닛(40)이 단일 빔 스플리터로 이루어지며, 도 10의 OPS 시스템이 도 5에 도시된 렌즈(18B) 이후에 제공된다는 점을 제외하고는, 이 경우의 계측 장치는 도 4-9를 참조하여 전술한 바와 같을 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 검출기(38A)는 제2 빔 스플리터(84)의 제1 출력(87)으로부터 출력되는 방사선을 검출한다. 제2 검출기(38B)는 제2 빔 스플리터(84)의 제2 출력(88)으로부터 출력되는 방사선을 검출한다. 이 경우 OPS 시스템은 Mach Zehnder 간섭계의 원리에 따라 동작한다. 제1 광학 브랜치(81) 및 제2 광학 브랜치(82)에서 경로 길이가 동일할 경우, 제1 출력(87)은 상쇄 간섭으로 인해 어두워지고 제2 출력(88)은 보강 간섭으로 인해 밝아 질 것이다. 도 10의 실시예에서와 같이, 도브 프리즘(85 및 86)은 제1 방사선 빔 및 제2 방사선의 필드 분포를 반전시켜 동공의 두 사본이 간섭될 때 점대칭이 되도록 한다. 제1 검출기(38A)에서, 광은 상쇄 간섭되고 (타겟 구조체의 비대칭 성분으로부터의 반사로부터) 비대칭 신호만이 남게 된다. 이에 의해 관심 파라미터(예를 들어, 오버레이)에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 다른 성분에 비해 향상된다. 제2 검출기(38B)에서, 광은 보강 간섭된다. 이에 의해 제2 검출기(38B)는 관심 파라미터(예컨대, 오버레이)에 관한 정보를 포함하는 성분이 다른 성분에 비해 억제되는 방사선 세기를 검출할 수 있게 된다. 따라서, 제2 검출기(38B)는 예를 들어 동공의 대칭 부분을 측정하는 데 사용될 수 있다.

상기 실시예는, 제1 층에 제1 컴포넌트 및 제2 층에 제2 컴포넌트를 갖는 층상 구조를 포함하는 타겟 구조체(제1 층과 제2 층 사이의 간격은 λ/20보다 크고, λ는 입력 방사선 빔의 파장인 경우)에서 비대칭을 측정하는 데에 특히 유용하게 적용될 수 있다. 이는 예를 들면, 방법이 리소그래피 현상 단계 이후에 그리고 후속 에칭 단계 이전에 구조체에 적용되는 경우일 수 있다. 비대칭에 대한 증가된 감도로 인하여, (예를 들어, 층들 사이의 큰 간격으로 인해) 0차 반사에 대한 기여분이 매우 작을 것으로 예상되는 경우에도 고분해능 구조체에 대해 비대칭(예컨대, 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이의 오버레이)이 측정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 측정 시간이 상당히 단축될 수 있다.

도 4 내지 도 11을 참조하여 위에서 논의된 실시예는, 동공면 필드 분포에서 대응하는 포인트들의 복수의 쌍들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 복수의 방사선 세기를 검출하는 것을 수반한다. 도 6의 예에서, 각 쌍의 포인트들은 동일한 미러 대칭선을 중심으로 서로 미러 대칭으로 위치한다. 도 7, 10 및 11의 예에서, 각 쌍의 포인트들은 동일한 대칭점을 중심으로 서로 점대칭으로 위치한다. 도 12 및 13은 각각 x1 및 x1', 및 x2 및 x2'로 표시된 포인트들의 2개의 예시적인 쌍들을 각각 나타낸다. 도 12의 예에서 포인트들의 쌍들은 점대칭을 이룬다(원형 동공면 필드 분포의 중심에 대해). 도 13의 예에서 포인트들의 쌍들은 미러 대칭을 이룬다(원형 동공면 필드 분포의 직경을 따라 놓인 미러 대칭 축에 대하여). 각 쌍의 두 포인트들에서 기인하는 방사선 사이에 180 도의 위상차가 적용되는 경우, 검출된 세기는 다음과 같이 주어질 것이다:

여기서

는 각각의 포인트

에서 방사선의 진폭과 위상을 나타낸다.

일 실시예로서, 동공면 필드 분포에서의 하나 이상의 상이한 포인트들로부터의 방사선의 위상과 진폭 중 하나 또는 양자 모두를, 이러한 포인트들로부터의 방사선이 검출된 방사선 세기에 기여하기 전에 수정하도록 구성되는 광학 가중 유닛이 제공된다. 일 실시예에서, 광학 가중 유닛은 기준 광학 타겟 또는 프로그램 가능한 공간 광 변조기를 포함한다. 일 실시예에서, 광학 가중 유닛은 도 15를 참조하여 후술되는 바와 같이 방사선 빔을 복수의 방사선 빔으로 분할하기 위한 격자의 일부로서 구현될 수 있다. 광학 가중 유닛은 간섭 프로세스를 미세 조정하는 것을 가능하게 하여, 예를 들어 오버레이(오버레이가 측정 중인 경우) 또는 광학계의 비대칭과 연관되지 않은 타겟의 비대칭을 보정할 수 있게 된다. 이러한 가중은, 예를 들어 오버레이 이외의 모든 요인으로부터의 조합된 비대칭에 맞추어지도록 튜닝될 수 있다. 오버레이가 0이면 다른 비대칭이 존재하더라도 완전한 간섭이 달성될 것이다. 그러면 더 높은 감도로 0이 아닌 오버레이를 측정할 수 있다. 광학적 가중에 의해, 도 12 및 13의 예에 대해 검출된 세기가 다음과 같이 주어진다:

여기서

는 각각의 포인트

에 적용된 가중을 나타낸다.

동공면 필드 분포에서 복수의 상이한 포인트들 사이의 간섭은 각각의 경우에 셋 이상의 포인트들을 포함할 수 있다. 도 14는 동공면 필드 분포에서 4개의 간섭 포인트들의 그룹을 나타낸다. 이는, 서로에 대해 90도만큼 회전된 4개의 동공면 필드 분포를 중첩시킴으로써 달성될 수 있다(예를 들어, 더 많은 사본을 만들고 이를 재결합하기 위해 추가 빔 스플리터를 사용함으로써). 이러한 경우 검출된 세기는 다음과 같을 것이다(각 포인트에 가중치가 적용됨):

도 15 및 16은 3개의 포인트들의 그룹들이 간섭하게 되는 실시예를 도시한다. 도 15는 계측 장치를 개략적으로 도시한다. 계측 장치는, 인코히어런트 소스(11)로부터의 방사선을 기판(W) 상의 구조체 상으로 포커싱하고 구조체로부터의 반사된 방사선을 검출기(96) 상으로 지향시키는 광학 시스템(90-92)을 포함한다. 검출기(96)는 동공면 필드 분포에서 3개의 상이한 포인트들의 그룹들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출한다. 이러한 간섭은 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 것이다. 광학 시스템은 방사선 빔을 3개의 방사선 빔으로 분할하고 나중에 3개의 방사선 빔을 재결합하여 상이한 포인트들의 그룹들 사이의 간섭을 제공한다. 도시된 실시예에서, 분할 및 재결합은 서로에 대해 회전되는(예를 들어, 120도 만큼) 3개의 중첩 회절 격자를 에뮬레이션하도록 프로그래밍된 공간 광 변조기(91)에 의해 달성된다. 다른 실시예들에서, 이러한 기능을 달성하기 위한 광학 요소가 제조된다. 또 다른 실시예에서, 빔 스플리터가 사용된다. 도시된 실시예에서, 분할은 방사선이 공간 광 변조기(91)를 통해 도 15에서 좌측에서 우측으로 전파됨에 따라 이루어진다. (기판(W) 상의 구조체로부터 반사된 후) 방사선이 공간 광 변조기(91)를 통해 도 15에서 우측에서 좌측으로 전파됨에 따라 재결합이 이루어진다. 공간 광 변조기(91)는 (도 16에서 좌측에 개략적으로 도시된) 제1 동공면 필드 분포(98)의 다수의 사본을 생성한다. 제1 동공면 필드 분포는 도 15의 예에서 공간 광 변조기(91)의 좌측에 존재한다. 제1 동공면 필드 분포(98)의 다수의 사본은 제2 동공면 필드 분포(100)를 형성한다(도 16에서 우측에 개략적으로 도시됨). 제2 동공면 필드 분포(100)로부터의 방사선은 광학 시스템(90-92)의 요소(92)에 의해 기판(W) 상의 구조체 상에 포커싱된다. 동공면 필드 분포에서의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭은 구조체로부터 반사된 후 제2 동공면 필드 분포에서의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭을 포함한다(즉, 삼각형들에 대응하는 포인트들 사이, 그리고 이와 별개로 사각형들에 대응하는 포인트들 사이). 도 15 및 16의 원리는, 4개 이상의 포인트들을 포함하는 그룹들로부터의 방사선을 간섭시키는 것이 요구된다면 방사선 빔이 4개 이상의 방사선 빔으로 분할되는 배열에 적용될 수도 있다. 일 실시예에서, 공간 광 변조기(91)는 공간 광 변조의 적절한 프로그래밍에 의해(예를 들어 격자에 의해 제공되는 콘트라스트 및/또는 위상 시프트를 수정하기 위해) 전술한 바와 같은 광학 가중 유닛으로서 동작할 수 있다.

일 실시예에서, 도 15 및 16의 배열은 추가적인 자유도를 제공하기 위해 추가의 공간 광 변조기를 제공하도록 수정된다. 이러한 실시예에서, 공간 광 변조기(91)(또는 다른 빔 분할 성분)는 광학 시스템(90)의 좌측에, 광학 시스템(90)과 소스(11) 사이에 제공될 수 있고, 추가의 공간 광 변조기는 광학 시스템(90)과 검출기(96) 사이에 배치된다.

앞서 개시된 실시예는 대칭 백그라운드로부터 비대칭 신호를 추출한다. 도 17 내지 20은 제1 대칭을 갖는 신호가 다른 대칭을 갖는 백그라운드로부터 추출되는 예시적인 실시예를 개시한다.

도 17은 동공면 필드 분포에서 대칭점을 중심으로 또는 미러 대칭선을 중심으로 대칭적으로 배열된 상이한 포인트들 사이에 함께 간섭을 제공하게 되는 굴절형 요소(102 및 104) 및 렌즈(106 및 108)를 포함하는 광학 장치를 도시한다. 광학 장치는 예를 들어, 점대칭을 제공하는 반전 또는 회전에 대한 대안으로서 도 10의 광학 유닛에서 사용될 수 있다. 방사선은 좌측으로부터 광학 장치에 진입하고 좌측에서 우측으로 통과한 후 우측에서 좌측으로 통과하여 광학 장치를 좌측으로 빠져나간다. 간섭은, (예시적인 광선 추적을 통해 알 수 있는 바와 같이) 정사각형들에 대응하는 포인트들이 원들에 대응하는 포인트들과 간섭하고, 삼각형들에 대응하는 포인트들이 별들에 대응하는 포인트들과 간섭하도록 하는 것이다. 이러한 장치는 굴절형 요소(102 및 104)의 대칭에 따라 미러 대칭 간섭 또는 점대칭 간섭을 제공할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 도 18은 굴절형 요소(102 및 104)가 미러 대칭인 경우에 대하여 굴절형 요소(102) 좌측의 예시적인 동공면 필드 분포(110) 및 굴절형 요소(104) 우측의 동공면 필드 분포(111)를 나타낸다. 도 19는 굴절형 요소(102 및 104)가 광학 장치의 광학 축을 중심으로 점대칭을 이루는 경우의 대응하는 동공면 필드 분포(112 및 113)를 나타낸다. 도 20은 이러한 구성을 사용하여 추출될 수 있는 예시적인 대칭 신호를 개략적으로 도시한 그래프이다. 수평축은 동공면 필드 분포의 에지로부터 동공면 필드 분포의 중심을 향하는 동공 좌표(PC)를 나타낸다. 수직축은 신호 레벨(S)을 나타낸다. 원과 사각형은 좌측으로부터 도 17의 광학 장치로 진입하는 방사선에서 원과 사각형에 대응하는 위치를 나타낸다. 관심 신호(116)는 (도 20에서 좌측에서 우측으로) 동공면 필드 분포의 중심선을 중심으로 대칭적으로 하강 및 상승한다는 점에서 대칭이지만, (상이한 대칭을 갖는) 큰 대칭 백그라운드(114)에 의해 오프셋되어 있다. 도 17의 구성에 의해 제공된 간섭은 이러한 대칭 신호가 백그라운드로부터 추출될 수 있게 한다.

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 설명한 타겟은 측정 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟일 수 있다. 그러나, 고분해능 타겟을 측정하는 능력은 이러한 실시예가 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분에 대응하는 타겟에도 적용될 수 있음을 의미한다. 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 후속하는 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, 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 토포그래피는 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.

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 발명에 따른 추가 실시예는 아래의 번호가 매겨진 조항에서 추가로 기술된다.

1. 관심 파라미터를 결정하도록 기판 상에 형성된 구조체를 측정하기 위한 계측 장치로서,

상기 구조체 상으로 방사선을 포커싱하고 상기 구조체로부터 반사된 후의 방사선을 검출기 상으로 지향시키도록 구성된 광학 시스템을 포함하고,

상기 광학 시스템은 상기 검출기가 동공면 필드 분포에서 적어도 2개의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성되고, 상기 간섭은 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 것인, 계측 장치.

2. 제1조항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 검출기로 하여금 동공면 필드 분포에서 대응하는 복수의 쌍들의 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 복수의 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성되고, 각 쌍의 포인트들은 동일한 미러 대칭선을 중심으로 서로에 대해 미러 대칭으로 배치되는, 계측 장치.

3. 제1조항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 검출기로 하여금 동공면 필드 분포에서 대응하는 복수의 쌍들의 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 복수의 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성되고, 각 쌍의 포인트들은 동일한 대칭점을 중심으로 서로에 대해 점대칭으로 배치되는, 계측 장치.

4. 제1조항 내지 제3조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 동공면 필드 분포에서의 하나 이상의 상이한 포인트들로부터의 방사선의 위상과 진폭 중 하나 또는 양자 모두를, 이러한 포인트들로부터의 방사선이 상기 검출된 방사선 세기에 기여하기 전에 수정하도록 구성되는 광학 가중 유닛을 더 포함하는, 계측 장치.

5. 제1조항 내지 제4조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 광학 시스템은 동공면 필드 분포에서의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이에 상기 간섭을 유발하기 위해 방사선 빔을 복수의 방사선 빔으로 분할하고 나중에 상기 복수의 방사선 빔을 재결합하도록 구성되는, 계측 장치.

6. 제5조항에 있어서,

상기 방사선 빔의 복수의 방사선 빔으로의 분할은 제1 동공면 필드 분포의 다수의 사본을 생성하고;

상기 광학 시스템은 제1 동공면 필드 분포의 다수의 사본을 이용하여 제2 동공면 필드 분포를 형성하며;

상기 제2 동공면 필드 분포에서의 방사선이 상기 구조체 상에 포커싱되고;

동공면 필드 분포에서의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭은 구조체로부터 반사된 후 제2 동공면 필드 분포에서의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭을 포함하는, 계측 장치.

7. 제1조항 내지 제4조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 광학 시스템은 방사선 빔을 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터를 포함하고, 상기 광학 시스템은:

상기 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 제1 브랜치와 제2 브랜치를 포함하는 공통된 광 경로 주위에서 서로 반대 방향으로 전파되고, 상기 제1 방사선 빔은 상기 제1 브랜치를 따라 빔 스플리터로부터 기판으로 그리고 상기 제2 브랜치를 따라 상기 기판으로부터 역으로 빔 스플리터로 전파되며, 상기 제2 방사선 빔은 상기 제2 브랜치를 따라 상기 빔 스플리터로부터 상기 기판으로 그리고 상기 제1 브랜치를 따라 상기 기판으로부터 역으로 상기 빔 스플리터로 전파되도록; 그리고

상기 제2 방사선 빔에 비해 상기 제1 방사선 빔에 위상 시프트가 적용되도록 - 상기 위상 시프트는 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 상기 하나 이상의 다른 성분에 비하여 간섭에 의해 향상되도록 하는 것임 - 구성되는, 계측 장치.

8. 제7조항에 있어서, 상기 위상 시프트는 상기 제2 방사선 빔의 단면 전체에 비해 상기 제1 방사선 빔의 단면 전체에 균일하게 적용되는, 계측 장치.

9. 제7조항 또는 제8조항에 있어서, 상기 위상 시프트는 180도인, 계측 장치.

10. 제7조항 내지 제9조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 광학 시스템은, 상기 제1 브랜치 또는 제2 브랜치에서 전파되는 방사선의 동공면 필드 분포의 적어도 하나의 반전(flip) 또는 회전을 수행하도록 구성되어 제1 방사선 빔으로부터의 이미지 및 제2 방사선 빔으로부터의 이미지가 서로 미러 대칭 또는 점대칭을 이루는 동공면 필드 분포를 갖는 방사선에 의해 각각 형성되도록 하는, 계측 장치.

11. 제10조항에 있어서, 상기 동공면 필드 분포의 상기 적어도 하나의 반전 또는 회전에 의해 도입된 임의의 추가적인 광 경로 길이를 보상하기 위해 상기 제1 브랜치 또는 제2 브랜치에 광 경로 길이 보상기를 더 포함하는, 계측 장치.

12. 제7조항 내지 제11조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 빔 스플리터로 입력되는 방사선 빔은 동공면 필드 분포의 제1 영역이 제거되어 동공면 필드 분포의 제2 영역만 남게 되는 동공면 필드 분포를 포함하도록 구성되는, 계측 장치.

13. 제12조항에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 서로 반대로 향하는 반원인, 계측 장치.

14. 제13조항에 있어서, 상기 동공면 필드 분포의 상기 적어도 하나의 반전 또는 회전은: 동공면의 제1 영역의 반원의 직선 에지에 대한 반사 및 동공면의 제1 영역의 반원의 미러 대칭선에 대한 반사 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는, 계측 장치.

15. 제7조항 내지 제14조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 위상 시프트는, 상기 빔 스플리터의 일측으로부터의 반사에 의해 상기 제1 방사선 빔이 출력되어 상기 공통된 광 경로 주위로 전파된 후 상기 빔 스플리터의 반대 측으로부터의 반사에 의해 상기 검출기로 지향되도록 배치하고 상기 빔 스플리터를 통한 투과에 의해 제2 방사선 빔이 출력되어 상기 공통된 광 경로 주위로 전파된 후 빔 스플리터를 통한 투과에 의해 검출기로 지향되도록 배치함으로써 적어도 부분적으로 제공되는, 계측 장치.

16. 제7조항 내지 제15조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 방사선 빔 및 상기 제2 방사선 빔은 상기 기판 상의 동일한 위치에 포커싱되는, 계측 장치.

17. 제16조항에 있어서, 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔은 상기 기판 상의 동일한 위치에 이미지를 형성하는, 계측 장치.

18. 제16조항 또는 제17조항에 있어서, 상기 기판 상에 포커싱될 제1 방사선 빔의 동공면 필드 분포는 상기 기판 상에 포커싱될 제2 방사선 빔의 동공면 필드 분포에 대해 미러 대칭인, 계측 장치.

19. 제16조항 내지 제18조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 기판 상에 포커싱될 제1 방사선 빔의 동공면 필드 분포는 상기 기판 상에 포커싱될 제2 방사선 빔의 동공면 필드 분포에 대해 점대칭인, 계측 장치.

20. 제1조항 내지 제4조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 광학 시스템은:

방사선 빔을 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔으로 분할하도록 구성된 제1 빔 스플리터; 및

상기 제1 방사선 빔과 상기 제2 방사선 빔을 재결합하도록 구성된 제2 빔 스플리터를 포함하고,

상기 제1 방사선 빔은 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의 제1 광학 브랜치를 따라 전파되고, 제2 방사선 빔은 제1 빔 스플리터와 제2 빔 스플리터 사이의 제2 광학 브랜치를 따라 전파되며, 제1 광학 브랜치와 제2 광학 브랜치는 제1 방사선 빔의 필드 분포 중 적어도 일부가 제2 방사선 빔의 필드 분포의 대응하는 부분에 대해 반전되거나 회전되도록 구성되고;

상기 검출기는 구조체로부터 반사된 후에 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터 중 하나의 제1 출력으로부터의 방사선을 검출하도록 구성되며, 상기 제1 출력은 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 방식으로 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 간섭함으로써 형성되는, 계측 장치.

21. 제20조항에 있어서, 제1 광학 브랜치를 따른 광 경로 길이는 제2 광학 브랜치를 따른 광 경로 길이와 동일한, 계측 장치.

22. 제20조항에 있어서, 상기 제1 광학 브랜치를 따른 광 경로 길이는 상기 제2 광학 브랜치를 따른 광 경로 길이와 차이가 있고, 상기 차이는 상기 제1 빔 스플리터에 입력된 방사선 빔의 시간적 코히어런스 길이보다 크지만 상기 광학 시스템의 동공면에서의 초점 심도보다 작은, 계측 장치.

23. 제20조항 내지 제22조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 시스템은 방사선 빔이 구조체로부터 반사되기 전에 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터를 통과하도록 구성되는, 계측 장치.

24. 제23조항에 있어서, 광학 시스템은, 방사선 빔이 구조체로부터의 반사된 후에 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터를 추가로 통과하여 제2 빔 스플리터에 의해 제1 방사선 빔과 제2 방사선으로 분할되며 제1 빔 스플리터에 의해 재결합되도록 구성되며, 상기 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 제1 빔 스플리터에서 간섭하여, 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 방식으로 상기 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 간섭함으로써 상기 제1 빔 스플리터의 제1 출력이 형성되도록 하는, 계측 장치.

25. 제20조항 내지 제22조항 중 어느 한 조항에 있어서, 광학 시스템은 방사선 빔이 구조체로부터 반사된 후에만 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터를 통과하도록 구성되는, 계측 장치.

26. 제20조항 내지 제25조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 제1 빔 스플리터 및 제2 빔 스플리터 중 하나의 제2 출력으로부터 출력되는 방사선을 검출하도록 구성되는 추가 검출기를 포함하고, 상기 제2 출력은 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 방식으로 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 간섭함으로써 형성되는, 계측 장치.

27. 제20조항 내지 제26조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 빔 스플리터로 입력되는 방사선 빔은 동공면 필드 분포의 제1 영역이 제거되어 동공면 필드 분포의 제2 영역만 남게 되는 동공면 필드 분포를 포함하도록 구성되는, 계측 장치.

28. 제27조항에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 서로 반대로 향하는 반원인, 계측 장치.

29. 제27조항 또는 제28조항에 있어서, 검출기는 상기 제1 출력의 동공면 필드 분포의 제2 부분으로부터의 방사선과 독립적으로 제1 출력의 동공면 필드 분포의 제1 부분으로부터의 방사선을 검출하도록 구성되는, 계측 장치.

30. 제29조항에 있어서,

제1 출력의 동공면 필드 분포의 제1 부분은, 제1 광학 브랜치를 통해 구조체로 그리고 제2 광학 브랜치를 통해 구조체로부터 역으로 전파된 방사선, 및 상기 제2 광학 브랜치를 통해 구조체로 그리고 상기 제1 광학 브랜치를 통해 상기 구조체로부터 역으로 전파된 방사선으로부터 배타적으로 형성되며,

제1 출력의 동공면 필드 분포의 제2 부분은, 제1 광학 브랜치를 통해 구조체로 그리고 제1 광학 브랜치를 통해 구조체로부터 역으로 전파된 방사선, 및 상기 제2 광학 브랜치를 통해 구조체로 그리고 상기 제2 광학 브랜치를 통해 상기 구조체로부터 역으로 전파된 방사선으로부터 배타적으로 형성되는, 계측 장치.

31. 제1조항 내지 제30조항 중 어느 한 조항에 있어서, 구조체 상에 포커싱된 방사선이 편광되고 상기 방사선이 구조체로부터 반사된 후에 구조체 상에 포커싱된 방사선의 편광에 대해 교차되는 편광기를 통과하도록 구성되는, 계측 장치.

32. 제1조항 내지 제31조항 중 어느 한 조항에 있어서, 관심 파라미터는 상기 구조체의 상이한 층들 사이의 오버레이인, 계측 장치.

33. 리소그래피 시스템으로서,

리소그래피 프로세스를 수행하도록 구성된 리소그래피 장치; 및

제1조항 내지 제32조항 중 어느 한 조항에 따른 계측 장치를 포함하는, 리소그래피 시스템.

34. 관심 파라미터를 결정하도록 기판 상에 형성된 구조체를 측정하는 방법으로서,

방사선을 구조체 상에 포커싱하고 검출기를 사용하여 구조체로부터 반사된 후에 방사선을 검출하는 단계를 포함하고,

상기 검출기는 동공면 필드 분포에서 적어도 2개의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출하고, 상기 간섭은 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 것인, 구조체 측정 방법.

35. 제34조항에 있어서, 구조체는 제1 층에 제1 컴포넌트 및 제2 층에 제2 컴포넌트를 갖는 층상 구조를 포함하고, 제1 층과 제2 층 사이의 간격은 λ/20보다 크고, λ는 입력 방사선 빔의 파장인, 구조체 측정 방법.

36. 제34조항 또는 제35조항에 있어서, 상기 방법은 리소그래피 현상 단계 이후에 그리고 후속 에칭 단계 이전에 구조체에 적용되는, 구조체 측정 방법.

37. 제34조항 내지 제36조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 관심 파라미터는 상기 구조체 내의 비대칭을 포함하는, 구조체 측정 방법.

38. 제37조항에 있어서, 관심 파라미터는 상기 구조체의 상이한 층들 사이의 오버레이인, 구조체 측정 방법.

39. 제37조항 또는 제38조항에 있어서, 상기 구조체의 비대칭에 있어서 알려진 바이어스가 상기 구조체에 적용되는, 구조체 측정 방법.

40. 제34조항 내지 제39조항 어느 한 조항에 있어서, 검출된 방사선 세기는 구조체로부터의 0차 반사로 인한 것인, 구조체 측정 방법.

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

관심 파라미터를 결정하도록 기판 상에 형성된 구조체를 측정하기 위한 계측 장치로서,
상기 구조체 상으로 방사선을 포커싱하고 상기 구조체로부터 반사된 후의 방사선을 검출기 상으로 지향시키도록 구성된 광학 시스템을 포함하고,
상기 광학 시스템은 상기 검출기가 동공면 필드 분포에서 적어도 2개의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성되고, 상기 간섭은 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 하나 이상의 다른 성분에 비해 향상되도록 하는 것인, 계측 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 검출기로 하여금 동공면 필드 분포에서 대응하는 복수의 쌍들의 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 복수의 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성되고, 각 쌍의 포인트들은 동일한 미러 대칭선을 중심으로 서로에 대해 미러 대칭으로 배치되는, 계측 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 검출기로 하여금 동공면 필드 분포에서 대응하는 복수의 쌍들의 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭으로 인한 복수의 방사선 세기를 검출하게 하도록 구성되고, 각 쌍의 포인트들은 동일한 대칭점을 중심으로 서로에 대해 점대칭으로 배치되는, 계측 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동공면 필드 분포에서의 하나 이상의 상이한 포인트들로부터의 방사선의 위상과 진폭 중 하나 또는 양자 모두를, 이러한 포인트들로부터의 방사선이 상기 검출된 방사선 세기에 기여하기 전에 수정하도록 구성되는 광학 가중 유닛을 더 포함하는, 계측 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템은 동공면 필드 분포에서의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이에 상기 간섭을 유발하기 위해 방사선 빔을 복수의 방사선 빔으로 분할하고 나중에 상기 복수의 방사선 빔을 재결합하도록 구성되는, 계측 장치.
제5항에 있어서,
상기 방사선 빔의 복수의 방사선 빔으로의 분할은 제1 동공면 필드 분포의 다수의 사본(copy)을 생성하고;
상기 광학 시스템은 제1 동공면 필드 분포의 상기 다수의 사본을 이용하여 제2 동공면 필드 분포를 형성하며;
상기 제2 동공면 필드 분포에서의 방사선이 상기 구조체 상에 포커싱되고;
동공면 필드 분포에서의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 상기 간섭은 구조체로부터 반사된 후 제2 동공면 필드 분포에서의 상이한 포인트들로부터의 방사선 사이의 간섭을 포함하는, 계측 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템은 방사선 빔을 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터를 포함하고, 상기 광학 시스템은:
상기 제1 방사선 빔과 제2 방사선 빔이 제1 브랜치와 제2 브랜치를 포함하는 공통된 광 경로 주위에서 서로 반대 방향으로 전파되고, 상기 제1 방사선 빔은 상기 제1 브랜치를 따라 빔 스플리터로부터 기판으로 그리고 상기 제2 브랜치를 따라 상기 기판으로부터 역으로 빔 스플리터로 전파되며, 상기 제2 방사선 빔은 상기 제2 브랜치를 따라 상기 빔 스플리터로부터 상기 기판으로 그리고 상기 제1 브랜치를 따라 상기 기판으로부터 역으로 상기 빔 스플리터로 전파되도록; 그리고
상기 제2 방사선 빔에 비해 상기 제1 방사선 빔에 위상 시프트가 적용되도록 - 상기 위상 시프트는 상기 관심 파라미터에 관한 정보를 포함하는 검출된 방사선 세기의 성분이 상기 검출된 방사선 세기의 상기 하나 이상의 다른 성분에 비하여 간섭에 의해 향상되도록 하는 것임 - 구성되는, 계측 장치.
제7항에 있어서, 상기 위상 시프트는 상기 제2 방사선 빔의 단면 전체에 비해 상기 제1 방사선 빔의 단면 전체에 균일하게 적용되는, 계측 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 위상 시프트는 180도인, 계측 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템은, 상기 제1 브랜치 또는 제2 브랜치에서 전파되는 방사선의 동공면 필드 분포의 적어도 하나의 반전(flip) 또는 회전을 수행하도록 구성되어 제1 방사선 빔으로부터의 이미지 및 제2 방사선 빔으로부터의 이미지가 서로 미러 대칭 또는 점대칭을 이루는 동공면 필드 분포를 갖는 방사선에 의해 각각 형성되도록 하는, 계측 장치.
제10항에 있어서, 상기 동공면 필드 분포의 상기 적어도 하나의 반전 또는 회전에 의해 도입된 임의의 추가적인 광 경로 길이를 보상하기 위해 상기 제1 브랜치 또는 제2 브랜치에 광 경로 길이 보상기를 더 포함하는, 계측 장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 스플리터로 입력되는 방사선 빔은 동공면 필드 분포의 제1 영역이 제거되어 동공면 필드 분포의 제2 영역만 남게 되는 동공면 필드 분포를 포함하도록 구성되는, 계측 장치.
제12항에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 서로 반대로 향하는 반원인, 계측 장치.
제13항에 있어서, 상기 동공면 필드 분포의 상기 적어도 하나의 반전 또는 회전은: 동공면의 제1 영역의 반원의 직선 에지에 대한 반사 및 동공면의 제1 영역의 반원의 미러 대칭선에 대한 반사 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는, 계측 장치.
제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위상 시프트는, 상기 빔 스플리터의 일측으로부터의 반사에 의해 상기 제1 방사선 빔이 출력되어 상기 공통된 광 경로 주위로 전파된 후 상기 빔 스플리터의 반대 측으로부터의 반사에 의해 상기 검출기로 지향되도록 배치하고 상기 빔 스플리터를 통한 투과에 의해 제2 방사선 빔이 출력되어 상기 공통된 광 경로 주위로 전파된 후 빔 스플리터를 통한 투과에 의해 검출기로 지향되도록 배치함으로써 적어도 부분적으로 제공되는, 계측 장치.