KR20210040134A - 계측 장치 - Google Patents

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KR20210040134A
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담 마리너스 요하네스 마리아 반
뵈프 아리에 제프리 덴
니테쉬 판데이
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 장치로서, 조명 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스; 기판 상의 구조체를 조명하기 위한 적어도 2개의 조명 브랜치 - 조명 브랜치는 서로 상이한 각도로부터 구조체를 조명하도록 구성됨; 및 - 조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택가능한 하나에 전달하도록 구성된 방사선 스위치를 포함한다.

Description

계측 장치
본 출원은 2018년 9월 4일자로 출원된 EP 출원 제18192442.4호 및 2019년 1월 15일자로 출원된 EP 출원 제19151907.3호에 대해 우선권을 주장하며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 기판 상의 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 계측 장치 및 이러한 관심 파라미터를 결정하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 적용하도록 구성된 기기이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)에 있는 패턴(또는 "설계 레이아웃" 또는 "설계"로도 지칭됨)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층 상에 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 전형적인 파장은 365nm(i-line), 248nm, 193nm 및 13.5nm 이다. 4-20 nm 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm 의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예컨대 파장 193 nm의 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 로우-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 식은 CD = k1 × λ/NA로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치에서의 투영 광학계의 개구수이고, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄되는 최소 피처 크기이지만, 이 경우 1/2 피치)이고, k1은 실험상 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특별한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위해 회로 설계자가 계획한 형상 및 치수와 유사한 기판 상의 패턴을 재현하는 것이 더 어려워진다. 이러한 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세 조정 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어 NA의 최적화, 커스터마이즈 조명 스킴, 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC, 종종 "광학 및 프로세스 보정"이라고도 함)과 같은 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 "분해능 향상 기법"(RET)으로 일반적으로 규정되는 기타 다른 방법이 여기에 포함되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
계측 장치는 기판 상의 구조체의 관심 파라미터를 측정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 계측 장치는 임계 치수, 기판 상의 층들 사이의 오버레이 및 기판 상의 패턴의 비대칭과 같은 파라미터를 측정하는 데 사용될 수 있다. 측정 방사선의 광선이 기판을 조명하는 데 사용된다. 이러한 방사선은 기판 상의 구조체에 의해 회절된다. 회절된 방사선은 대물 렌즈에 의해 집광되고 센서에 의해 캡쳐된다.
조명의 세기는 방사선 소스의 파워 및 계측 장치의 광학 시스템의 손실에 의해 제한될 수 있다. 대물 렌즈는 높은 개구수, 예컨대 약 0.95의 개구수를 가질 수도 있다. 계측 장치는 예를 들어 집광된 회절 방사선의 수차를 줄이기 위해 대물 렌즈의 하류에 복잡한 광학기를 필요로 할 수도 있다.
본 발명은 더 높은 세기의 조명을 가질 수 있고/있거나 더 신속한 측정을 수행할 수 있는 계측 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 장치가 제공된다. 다른 양태에 따르면, 기판 상의 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 계측 장치는: 조명 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스; 기판 상의 구조체를 조명하기 위한 적어도 2개의 조명 브랜치 - 조명 브랜치는 서로 상이한 각도로부터 구조체를 조명하도록 구성됨 -; 및 조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택가능한 하나에 전달하도록 구성된 방사선 스위치를 포함한다. 상기 방사선 스위치는: 조명 방사선의 편광 방향을 제어하고 편광 제어된 조명 방사선을 출력하도록 구성된 포켈스 셀, 및 상기 포켈스 셀의 광학적으로 하류에 있는 편광 빔 스플리터를 포함하되, 편광 빔 스플리터는, 편광 제어된 조명 방사선의 편광 방향에 따라, 편광 제어된 조명 방사선을 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 제1 조명 브랜치로 투과시키거나 편광 제어된 조명 방사선을 조명 브랜치 중 제2 조명 브랜치로 반사시키도록 구성된다.
이제 본 발명의 실시예에 관해, 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예시의 목적으로 설명할 것이다.
도 1은 리소그래피 장치의 개략도이다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략도이다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 도면을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 상의 구조체의 관심 파라미터가 어떻게 결정될 수 있는지를 개략적으로 나타낸다.
도 5은 (a) 제1 쌍의 조명 개구를 이용하여 타겟을 측정하는 데 사용하기 위한 비교 예에 따른 암시야 스케터로미터의 개략도; (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부 사항; (c) 회절 기반 오버레이 측정을 위해 스캐터로미터를 이용함에 있어서 추가적인 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 개구; 및 (d) 제1 쌍 및 제2 쌍의 개구를 조합한 제3 쌍의 조명 개구를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 장치를 나타낸다.
도 7은 조명 스폿 크기가 어떻게 추정되는지를 보여준다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치의 컴포넌트들 사이의 광학적 연결을 개략적으로 나타낸다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 조명하는 조명 브랜치의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 장치의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 장치의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 개시내용에서, 용어 "방사선" 및 "빔"은 자외선(예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 갖는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5-100 nm 범위의 파장을 갖는 극 자외선)를 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 포괄하기 위해 사용된다.
본 명세서에 사용되는 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는, 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하여, 입사 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는 데 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. "광 밸브"라는 용어 또한 이와 관련하여 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과형 또는 반사형, 바이너리, 위상 시프팅, 하이브리드 등) 이외에 다른 패터닝 디바이스의 예는, 프로그래밍 가능한 미러 어레이 및 프로그래밍 가능한 LCD 어레이를 포함한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 나타낸다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(조명기로도 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하도록 구성된 제1 위치 설정기(PM)에 연결되는 마스크 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(T), 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 소정 파라미터들에 따라 기판 지지체를 정확히 위치설정하도록 구성된 제2 위치 설정기(PW)에 연결되는 기판 지지체(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.
동작 시에 조명 시스템(IL)은, 예컨대 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형 및/또는 제어하기 위해 굴절형, 반사형, 자기형, 전자기형, 정전형 및/또는 기타 다른 유형의 광학 컴포넌트 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 컴포넌트를 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔(B)의 단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "투영 시스템"(PS)이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 적합하고 및/또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한 것으로서, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 애너모픽, 자기형, 전자기형 및/또는 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"(PS)이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우도록, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있고, 이는 또한 액침 리소그래피라 불린다. 액침 기술에 대한 추가 정보는 US6952253에 제공되어 있으며, 이는 본 명세서에 원용에 의해 통합된다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 지지체(WT)(또한 "이중 스테이지"라고도 함)를 갖는 유형일 수도 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기기에서는, 기판 지지체(WT)가 병렬적으로 사용될 수 있고, 및/또는 기판(W)의 후속 노광을 준비하는 단계가 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W) 상에서 수행되면서, 나머지 기판 지지대(WT) 상의 또 다른 기판(W)은 이러한 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광하기 위해 이용될 수 있다.
기판 지지체(WT) 이외에, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배열된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 특성 또는 방사선 빔(B)의 특성을 측정하도록 배열될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 보유할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 액침액을 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배열될 수 있다. 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 떨어져 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(T) 상에 유지되는 패터닝 디바이스, 예컨대 마스크(MA) 상에 입사되고, 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴(설계 레이아웃)에 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 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는 예를 들어, 방사선 빔(B)의 경로 내에서 포커싱되고 및 정렬된 위치에 다양한 타겟부(C)를 위치설정하기 위해 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 설정기(PM) 및 가능하게는 또 다른 위치 센서(도 1에는 명확히 도시되지는 않음)가 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치설정하기 위해 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA)와 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2)와 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용화된 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치할 수도 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 이들이 타겟부(C) 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있는데, 이는 때때로 리소셀 또는 (리소) 클러스터라고도 하며, 종종 기판(W)에 노광 전 및 노광 후 프로세스를 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함하며, 이들은 예를 들어 기판(W)의 온도를 컨디셔닝하기 위한 것이며, 예컨대 레지스트 층에서 용매를 컨디셔닝하기 위한 것이다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이를 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(LB)에 기판(W)을 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는 리소셀 내의 이들 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 예컨대 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되도록, 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등의 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 검사 툴(미도시)이 리소 셀에 포함될 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일한 배치(batch) 또는 로트의 다른 기판(W)이 노광되거나 처리되기 전에 검사가 수행된다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대해 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 처리 단계에 대해 조정이 이루어질 수 있다.
검사 장치(계측 장치라고도 칭할 수도 있음)가 기판(W)의 속성을 결정하는 데 사용되며, 특히 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연관되는 속성이 층마다 어떻게 달라지는지 또는 상이한 기판들(W)의 속성이 어떻게 달라지는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소 셀의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후 레지스트 층의 이미지) 또는 반잠상 이미지(노광후 베이크 단계(PEB) 이후 레지스트 층의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분이 제거됨), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭 등의 패턴 전사 단계 이후)에 대해 속성을 측정할 수 있다.
일반적으로 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 프로세스는 기판(W) 상의 구조체의 치수설정 및 배치의 높은 정확도를 요하는 처리에 있어서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위해 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 3개의 시스템이 소위 "홀리스틱" 제어 환경으로 조합될 수 있다. 이들 시스템 중 하나는 본 발명의 계측 장치(MT)(제2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상으로) 연결된 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 핵심은 이들 3개의 시스템 사이의 협력을 최적화하여 전체적인 프로세스 윈도우를 향상시키고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 엄격한 제어 루프를 제공하는 것이다. 프로세스 윈도우는 특정 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성하게 되는 프로세스 파라미터(예를 들어, 선량, 포커스, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 일반적으로 이러한 윈도우 내에서 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터가 변화하도록 허용된다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 어떤 분해능 향상 기법을 사용할지를 예측하고 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 가장 큰 전체 프로세스 윈도우를 달성하는지를 결정하도록 컴퓨테이션 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행하기 위해 패터닝될 설계 레이아웃(의 일부)을 사용할 수 있다(도 3에서 첫 번째 스케일 SC1에 양방향 화살표로 표시됨). 전형적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한, 예컨대 최적이 아닌 처리로 인해 결함이 존재할 수 있는지를 예측하기 위해, (예를 들어, 계측 장치(MT)로부터의 입력을 사용하여) 프로세스 윈도우 내의 어느 곳에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하는 중인지를 검출하기 위해 사용될 수도 있다(예를 들어, 도 3에서 두 번째 스케일 SC2에 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨).
계측 장치(MT)는 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하도록 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있고, 예를 들면 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있어서, 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다(도 3에서 세 번째 스케일 SC3에 다수의 화살표로 도시됨).
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 스케터로미터 계측 장치(MT)를 포함하여, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 유형의 계측 장치(MT)가 알려져 있다. 스캐터로미터는, 이러한 스캐터로미터의 대물계의 퓨필 평면 또는 퓨필 평면과 공액인 평면에 센서를 구비함으로써(이 경우 측정은 일반적으로 퓨필 기반 측정이라 함) 또는 이미지 평면 또는 이러한 이미지 평면에 공액인 평면에 센서를 구비함으로써(이 경우 측정은 이미지 또는 필드 기반 측정이라 함) 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정을 가능하게 하는 다목적 기구이다. 이러한 스캐터로미터 및 관련 측정 기법은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US2010049470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 추가로 설명되어 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 전술한 스캐터로미터는 연질 x-선 및 가시광선에서부터 근적외선 파장 범위의 광을 사용하여 격자를 측정할 수 있다. 본 발명의 계측 장치(MT)는 회절 기반 스캐터로미터일 수 있다.
제1 실시예에서, 계측 장치(MT)는 각도 분해 스캐터로미터이다. 이러한 스캐터로미터에서 격자의 특성을 재구성하거나 계산하기 위해 측정된 신호에 재구성 방법이 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델과의 상호 작용을 시뮬레이션하고 그 시뮬레이션 결과와 측정의 결과를 비교한 결과일 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
제2 실시예에서, 계측 장치(MT)는 분광 스캐터로미터이다. 이러한 분광 스캐터로미터에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟으로 지향되고 타겟으로부터 반사 또는 산란된 방사선은 분광계 검출기로 지향되어, 정반사된 방사선의 스펙트럼(즉, 파장의 함수로서의 세기 측정)을 측정하게 된다. 이러한 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 타겟의 구조 또는 프로파일이 예를 들어 엄격 결합파 분석 및 비선형 회귀에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다.
제3 실시예에서, 계측 장치(MT)는 타원계측 스캐터로미터이다. 타원계측 스캐터로미터는 각각의 편광 상태에 대해 산란된 방사선을 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치는 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션에서 적절한 편광 필터를 사용함으로써 편광된 광(예를 들어, 선형, 원형 또는 타원형 편광된 광)을 방출한다. 계측 장치에 적합한 소스는 또한 편광된 방사선을 제공할 수 있다. 기존의 타원계측 스캐터로미터의 다양한 실시예가 미국 특허 출원 11/451,599, 11/708,678, 12/256,780, 12/486,449, 12/920,968, 12/922,587, 13/000,229, 13/033,135, 13/533,110 및 13/891,410 등에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
계측 장치(MT)의 일 실시예에서, 계측 장치(MT)는 반사 스펙트럼 및/또는 검출 구성에서 비대칭을 측정함으로써 2개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를 측정하도록 적응되며, 비대칭은 오버레이의 정도와 관련된다. 2개의 (전형적으로 중첩되는) 격자 구조체가 2개의 상이한 층(반드시 연속된 층일 필요는 없음)에 적용될 수 있고, 웨이퍼 상의 실질적으로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 스캐터로미터는 예를 들어 공동 특허 출원 EP1,628,164A에 기술된 바와 같은 대칭적인 검출 구성을 가질 수 있고, 따라서 임의의 비대칭이 명확하게 구별될 수 있다. 이는 격자의 오정렬을 측정하는 간단한 방법을 제공하게 된다. 주기적 구조체의 비대칭을 통해 타겟이 측정될 때 주기적 구조체를 함유하는 2개의 층 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가의 예는 PCT 특허 출원 공보 WO 2011/012624 또는 미국 특허 출원 US 20160161863에서 찾을 수 있고, 이러한 문헌은 원용에 의해 전체 내용이 본원에 통합된다.
관심 있는 다른 파라미터는 초점과 선량일 수 있다. 초점 및 선량은 미국 특허 출원 US2011-0249244에 기재된 바와 같이 산란계측에 의해(또는 대안적으로 주사 전자 현미경에 의해) 동시에 결정될 수도 있으며, 이러한 문헌의 내용은 원용에 의해 전체로서 본원에 통합된다. 초점 에너지 매트릭스(FEM - 초점 노출 매트릭스라고도 함)에서 각각의 포인트에 대한 임계 치수 및 측벽 각도 측정치의 고유한 조합을 갖는 단일 구조체가 사용될 수도 있다. 임계 치수와 측벽 각도의 이러한 고유한 조합을 사용할 수 있는 경우 초점 및 선량 값은 이러한 측정치로부터 고유하게 결정될 수 있다.
계측 타겟인 기판 상의 구조체는, 주로 레지스트에, 하지만 예컨대 에칭 프로세스 이후에도, 리소그래피 프로세스에 의해 형성된 복합 격자의 앙상블일 수 있다. 전형적으로 격자 내의 구조체의 피치 및 라인폭은 계측 타겟으로부터 기인한 회절 차수를 캡처할 수 있도록 하는 측정 광학계(특히 광학계의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 언급한 바와 같이, 회절된 신호는 두 개의 층들 사이의 시프트('오버레이'라고도 함)를 결정하는 데 사용되거나 리소그래피 프로세스에 의해 생성된 원래 격자의 적어도 일부를 재구성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 재구성은 리소그래피 프로세스의 품질에 대한 안내를 제공하는 데 사용될 수 있으며 리소그래피 프로세스의 적어도 일부를 제어하는 데 사용될 수 있다. 타겟은 더 작은 하위 세그먼트들을 가질 수 있고, 이들은 타겟에서 설계 레이아웃의 기능적 부분의 치수를 모방하도록 구성된다. 이러한 하위 세그먼트화로 인해, 전체 프로세스 파라미터 측정이 설계 레이아웃의 기능적 부분에 더 유사하게 되도록 타겟은 설계 레이아웃의 기능적 부분과 더 유사하게 거동할 것이다. 타겟은 언더필 모드 또는 오버필 모드로 측정될 수 있다. 언더필 모드에서는 측정 빔이 전체 타겟보다 작은 스폿을 생성한다. 오버필 모드에서는 측정 빔이 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필 모드에서는, 상이한 타겟을 동시에 측정하여 상이한 프로세싱 파라미터를 동시에 결정할 수도 있다.
특정 타겟을 사용하는 리소그래피 파라미터의 전체적인 측정 품질은 이러한 리소그래피 파라미터를 측정하는 데에 사용되는 측정 레시피에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용된 측정이 회절 기반 광학 측정인 경우, 측정의 하나 이상의 파라미터는 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 배향 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준 중 하나는 예를 들어, 프로세싱 변동에 대한 측정 파라미터 중 하나의 감도일 수 있다. 추가적인 예가 미국 특허 출원 US2016-0161863 및 공개된 미국 출원 US 2016/0370717A1에 기술되어 있으며, 이들은 원용에 의해 전체로서 본원에 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 따라 스캐터로미터 등의 계측 장치(MT)가 도 4에 도시되어 있다. 이는 기판(6) 상에 방사선을 투영하는 광대역(백색광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사 또는 산란 방사선은 정반사된 방사선의 스펙트럼(10)(즉, 파장의 함수로서의 세기의 측정)을 측정하는 분광계 검출기(4)로 전달된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조체 또는 프로파일이 프로세서(PU)에 의해 재구성될 수 있으며, 이는 예를 들어, 정밀 결합파 분석 및 비선형 회귀 분석에 의해 또는 도 4의 하단에 표시된 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼 라이브러리와의 비교를 통해 이루어진다. 일반적으로, 이러한 재구성을 위해, 구조체의 일반적인 형태가 알려져 있으며, 일부 파라미터는 구조체가 만들어진 프로세스에 대한 지식으로부터 추정되고, 산란계측 데이터로부터 결정되어야 하는 구조체의 몇 가지 파라미터만이 남게 된다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로 구성될 수 있다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해, 비교 예에 따른 계측 장치가 도 5를 참조로 하여 이하에서 설명된다.
도 5(a)는 비교 예에 따른 계측 장치, 보다 구체적으로 암시야 스캐터로미터를 나타낸다. 타겟(TT)과 이러한 타겟을 조명하는 데 사용되는 측정 방사선의 회절된 광선이 도 5(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 퓨필 평면에 대한 액세스를 허용한다면, 상이한 렌즈 배열이 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 여기에서 (공액) 퓨필 평면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이것은 대물 렌즈 퓨필 평면의 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. 본 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. 상이한 개구를 사용함으로써 다른 조명 모드도 가능하다. 요구되는 조명 모드 밖의 임의의 불필요한 광은 요구되는 측정 신호와 간섭할 것이기 때문에 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직하다.
도 5(b)에 도시된 바와 같이, 타겟(TT)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(TT) 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(TT) 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 광선이 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 5(a) 및 5(b)에 예시된 광선은 순전히 이들이 도면에서 보다 용이하게 구별될 수 있도록 하기 위해 다소 축에서 벗어난 것으로 도시되어 있다.
기판(W) 상의 타겟(TT)에 의해 회절된 적어도 0차와 +1차 회절 광선은 대물 렌즈(16)에 의해 집광되고, 빔 스플리터(15)를 통해 역으로 지향된다. 도 5(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, +1차 회절 광선(+1(N)으로 표시됨)이 대물 렌즈(16)에 진입한다. 반대로, 제2 조명 모드가 개구 플레이트(13S)를 이용하여 적용된 경우에는, -1차 회절 광선(1(S)로 표시됨)이 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(퓨필 평면 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 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 포커싱하거나 및/또는 1차 빔의 세기 측정치를 정규화하기 위해 이용될 수 있다. 퓨필 평면 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(TT)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 브랜치에서, 퓨필 평면에 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 용어는 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 5에 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 전달하기 위하여 축외 개구를 갖는 구경 조리개가 사용된다. 또 다른 실시예에서, 1차 빔 대신 또는 1차 빔에 추가하여 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔(도 3에 도시되지 않음)이 측정에 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. 상이한 개구 플레이트가 도 4(c) 및 4(d)에 도시되어 있다. 이를 이용하는 것과 장치의 수많은 기타 변형예 및 응용예가 위에서 언급한 종래의 특허 문헌에 기술되어 있다.
측정 방사선의 광선은 광원(11)에 의해 방출되는 빛에 의해 제공된다. 이러한 광은 빔 스플리터(15) 및 기판(W)으로부터 회절된 방사선을 집광하는 대물 렌즈(16)를 통해 기판(W) 상으로 지향된다.
타겟(TT)은 제1 방향(예를 들어, X 방향)으로의 라인들의 2개의 격자 및 제1 방향에 직교하는 제2 방향(예를 들어, Y 방향)으로의 라인들의 2개의 격자를 포함할 수 있다. 대물 렌즈(16)는 격자로부터 회절된 방사선을 집광하기 위해 높은 개구 수(NA), 예를 들어 약 0.95의 개구수를 가질 필요가 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(16)와 센서(19, 23) 사이에는 많은 광학 요소가 필요하다.
더 높은 세기의 조명을 가질 수 있고/있거나 더 신속한 측정을 수행할 수 있는 계측 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다. 검출 렌즈(예를 들어, 도 5의 계측 장치에서 대물 렌즈(16))의 개구수에 대한 요구 사항이 더 낮은 계측 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다. 검출 광학기가 단순화된 계측 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 장치(MT)를 개략적으로 나타낸다. 계측 장치(MT)는 기판(W) 상의 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 것이다. 구조체는 계측 타겟(TT)이다.
일 실시예에서, 계측 장치(MT)는 방사선 소스(32)를 포함한다. 방사선 소스(32)는 조명 방사선을 생성하기 위한 것이다. 예를 들면, 일 실시예에서 방사선 소스(32)는 백색 광 레이저와 같은 레이저이다. 방사선 소스(32)는 조명 방사선을 전달하기 위한 적어도 하나의 광결정 섬유를 포함할 수 있다. 그러나, 방사선 소스(32)가 백색광 레이저일 필요는 없다. 다른 유형의 레이저 또는 비-레이저 소스가 방사선 소스(32)로서 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 적어도 2개의 조명 브랜치(51, 52)를 포함한다. 적어도 2개의 조명 브랜치(51, 52)는 기판(W) 상의 타겟(TT)을 조명하기 위한 것이다. 조명 브랜치(51, 52)는 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 서로 상이한 각도로부터 타겟(TT)을 조명하도록 구성된다. 조명 브랜치의 수는 2개로 제한되지 않는다. 예를 들어, 3개, 4개 또는 그 이상의 조명 브랜치가 있을 수 있다.
조명 브랜치(51, 52)는 조명 방사선이 타겟(TT)에 도달하기 위한 상이한 광학 경로를 나타낸다. 조명 브랜치(51, 52)를 통해 전달되는 조명 방사선은 방사선 소스(32)에 의해 제공된다. 조명 브랜치(51, 52)는 방사선 소스(32)로부터의 조명 방사선이 타겟(TT)으로 지향되도록 하기 위한 대안적인 방법이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 방사선 스위치(27)를 포함한다. 방사선 스위치(27)는 스위칭 요소이다. 방사선 스위치(27)는 방사선 소스(32)로부터 조명 방사선을 수광하도록 구성된다. 방사선 스위치(27)는 방사선의 적어도 일부를 적어도 2개의 조명 브랜치(51, 52) 중 선택가능한 하나에 전달하도록 구성된다.
예를 들어, 방사선 스위치(27)는 서로 다른 작동 모드 사이에서 스위칭될 수 있다. 제1 모드에서, 방사선 스위치(27)는 조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 제1 조명 브랜치(51)로 전달하도록 구성된다. 제2 모드에서, 방사선 스위치(27)는 조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 제2 조명 브랜치(52)로 전달하도록 구성된다. 제1 모드는 제1 조명 브랜치(51)가 선택되는 경우에 대응한다. 제2 모드는 제2 조명 브랜치(52)가 선택되는 경우에 대응한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 방사선 스위치는 모드를 선택하는 데 사용될 수 있는 제어 신호(57)를 수신하도록 구성된다.
일 실시예에서, 타겟(TT)은 적어도 2개의 조명 브랜치(51, 52)에 의해 서로 상이한 각도로부터 순차적으로 조명된다. 제1 기간에서, 타겟(TT)은 제1 조명 브랜치(51)로부터의 조명 방사선에 의해 조명된다. (제1 기간에 이어지는) 제2 기간에서 타겟(TT)은 제2 조명 브랜치(52)로부터의 조명 방사선에 의해 조명된다. 일 실시예에서, 제1 기간은 제2 기간과 중첩되지 않는다. 일 실시예에서, 제2 기간은 실질적으로 어떠한 갭도 없이 실질적으로 제1 기간 직후에 뒤따른다.
일 실시예에서, 2개의 조명 브랜치(51, 52)는 상보적인 각도들에 대응한다. 예를 들어, 제1 조명 브랜치(51)가 제1 각도로부터 타겟(TT)을 조명하는 경우, 제2 조명 브랜치(52)는 타겟(TT)에 대한 법선 방향으로 볼 때(즉, 도 9에 도시된 평면도) 제1 각도로부터 180 °의 상보적인 각도로부터 타겟(TT)을 조명한다. 특히, 일 실시예에서, 제1 조명 브랜치(51)는 (단일 배향, 예를 들어 X 배향으로) 타겟(TT)으로부터 암시야 측정을 수행하기 위한 것이며, 검출 렌즈(16)에 의해 제1 회절 차수가 집광된다. 제2 조명 브랜치(52)는 동일한 배향으로 동일한 타겟(TT)로부터 암시야 측정을 수행하기 위한 것이지만, 상보적 회절 차수가 검출 렌즈(16)에 의해 집광된다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에서 상이한 조명 브랜치(51, 53)는 타겟(TT)의 상이한 격자의 관심 특성을 결정하기 위한 것이다. 예를 들어, 제1 조명 브랜치(51)는 X 방향으로의 격자로부터 회절된 방사선을 측정하기 위한 것일 수 있다. 또 다른 조명 브랜치(53)는 Y 방향으로의 격자로부터 회절된 방사선을 측정하기 위한 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 정규 및 상보적인 각도들로부터의 측정이 순차적으로 이루어질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 서로 상이한 방향으로의 격자에 대한 측정이 순차적으로 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 이들 상이한 측정을 위한 회절 방사선이 검출 렌즈(16)에 의해 동시에 집광될 필요가 없다. 대신, 검출 렌즈(16)는 한 번에 이들 측정 중 단지 하나만을 위해 방사선을 집광할 수 있다.
본 발명의 실시예는 검출 렌즈(16)에 대해 더 낮은 NA를 갖는 계측 장치(MT)를 달성할 것으로 예상된다. 일 실시예에서, 검출 렌즈(16)는 NA가 0.9 이하, 선택적으로 0.8 이하, 선택적으로 0.7 이하, 선택적으로 0.6 이하, 선택적으로 0.5 이하 및 선택적으로 0.4 이하이다. 검출 렌즈(16)는 계측 장치(MT)의 검출 브랜치의 일부이다. 검출 렌즈(16)는 산란/반사된 방사선의 일부를 집광하고 이를 센서(19)를 향하는 방향으로 전달하도록 구성된다. 본 발명의 실시예는 계측 장치(MT)의 검출 렌즈(16)에 대해 더 높은 레벨의 설계상 자유를 제공할 것으로 예상된다. 예를 들어, 제조하기에 더 간단하거나 저렴한 렌즈가 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 방사선 스위치(27)가 제공되어 방사선을 조명 브랜치(51, 52)로 차례로 전달한다. 일 실시예에서 방사 스위치(27)는 1ms 미만으로 조명 브랜치 사이를 스위칭하도록 구성된다. 방사선 스위치(27)에 의해 제공되는 신속한 스위칭으로 인해 제한된 기간 내에 측정이 순차적으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 타겟(TT)의 X 방향 및 Y 방향의 격자에 대한 정규 및 상보적인 모드의 고속 순차 측정을 가능하게 할 것으로 예상된다.
일 실시예에서, 방사 스위치(27)는 공간 광 변조기를 포함한다. 공간 광 변조기는 방사선 소스(32)로부터 조명 방사선을 수광하도록 구성된다. 공간 광 변조기는 조명 방사선에 공간적으로 변화하는 변조를 적용하도록 구성된다. 일 실시예로서, 공간 광 변조기는 마이크로미러 디바이스를 포함한다. 마이크로미러 디바이스는 복수의 미시적으로 작은 거울을 포함한다. 이러한 거울은 미세 전자 기계 시스템이다. 미러의 배향은 미러 어레이 주변의 두 전극 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다. 미러의 배향은, 조명 방사선을 적어도 2개의 조명 브랜치(51, 52) 중 선택가능한 하나에 전달하도록 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 공간 광 변조기는 공간 광 변조기 상의 이미지가 전자적으로 생성되고 변화되도록 전기적으로 어드레싱된다. 대안적인 실시예에서, 공간 광 변조기 전면 또는 후면 상에 이미지로 인코딩된 광을 비춤으로써 공간 광 변조기 상의 이미지가 생성 및 변화되도록 공간 광 변조기는 광학적으로 어드레싱된다.
공간 광 변조기는 낮은 손실로 조명 방사선을 조명 브랜치(51, 52)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예는 타겟(TT)의 고휘도 조명을 달성할 것으로 예상된다. 다양한 파장의 방사선을 이용하여 타겟(TT)의 측정을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 공간 광 변조기는 광범위한 파장에 걸쳐 조명 방사선을 전달할 수 있다.
전술한 바와 같이, 타겟(TT)은 (상이한 조명 브랜치(51, 52)를 이용함으로써) 상이한 각도들로부터의 조명 방사선에 의해 순차적으로 조명될 수 있다. 상이한 각도들의 전체 세트로부터의 조명 방사선을 이용하여 측정이 수행된 후, 조명 방사선의 파장이 변화될 수 있다. 파장의 변화에 이어 상이한 각도에서의 측정이 반복될 수 있다. 상이한 각도를 이용하여 또 다른 전체 측정 세트가 변화된 파장에서 수행될 수 있다. 이들 동작은, 상이한 각도로 조명되는 상이한 파장의 방사선에 대응하는 측정 세트를 얻도록 완료될 수 있다. 공간 광 변조기는 조명 방사선의 전체 범위의 파장을 다루도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 조명 방사선의 파장은 측정 절차 동안 약 10 회 변화될 수 있다.
그러나, 방사선 스위치(27)가 공간 광 변조기를 포함할 필요는 없다. 다른 형태의 방사선 스위치(27)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 방사선 스위치(27)는 음향 광학 편향기를 포함한다. 음향 광학 편향기는 브래그 셀이라고도 불릴 수 있다. 음향 광학 편향기는 음향 파를 이용하여 조명 방사선의 주파수를 시프트시키고 회절시키기 위해 음향 광학 효과를 이용한다. 예를 들어, 일 실시예에서 음향 광학 편향기는 비선형 결정을 포함한다. 음향 광학 편향기는 전자기 신호 또는 음향 신호를 제공함으로써 재료(예컨대, 비선형 결정)의 광학적 특성을 변화시키도록 구성된다. 음향 광학 편향기가 재료의 광학적 특성을 변화시키는 방식을 제어함으로써, 조명 방사선은 적어도 2개의 조명 브랜치(51, 52) 중 선택가능한 하나로 지향될 수 있다.
음향 광학 편향기에는 기계적으로 움직이는 부품의 수가 더 적다(기계적으로 움직이는 부품이 없을 수도 있음). 본 발명의 일 실시예는 긴 수명으로 조명 브랜치 선택의 높은 신뢰성을 달성할 것으로 예상된다.
공간 광 변조기나 음향 광학 편향기 모두 본 발명에 필수적인 것은 아니다. 부가적으로 또는 대안적으로, 방사선 스위치(27)는 적어도 하나의 빔 스플리터 및 적어도 2개의 조명 브랜치(51, 52) 중 선택가능한 하나에 방사선의 전달을 제어하도록 구성된 복수의 셔터를 포함한다.
공간 광 변조기와 음향 광학 편향기는 낮은 손실로 조명 방사선을 조명 브랜치(51, 52)로 전달할 수 있다. 특히, 조명 방사선을 서로 상이한 경로로 분할한 다음 일부 경로를 의도적으로 잘라낼(그럼으로써 해당 방사선을 잃게 됨) 필요가 없다. 대신, 실질적으로 모든 방사선이 원하는 광학 경로를 따라 지향될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 장치(MT)의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 11에 도시된 실시예에서, 방사선 스위치(27)는 음향 광학 편향기(75)를 포함한다. 음향 광학 편향기(75)는 광을 다양한 각도로 방향 전환(즉, 편향)시키도록 구성된다. 음향 광학 편향기(75)는 광을 서로 상이한 방향으로 편향시키도록 구성된다. 반사각은 재료에서 음향 파가 여기되는 구동 주파수 및/또는 파워에 따라 달라진다. 일 실시예에서, 음향 광학 편향기(75)는 400 nm 내지 1600 nm 범위의 방사선을 편향시키도록 구성된다.
일 실시예에서, 제어기는 음향 광학 편향기(75)의 재료에서 음향 파를 여기시키기 위해 구동 주파수 및/또는 파워를 제어하도록 구성된다. 음향 광학 편향기(75)가 광을 방향 전환할 수 있는 각도의 범위는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 음향 광학 편향기(75)는 0.5 내지 1.5˚의 각도 범위에 걸쳐 광을 편향시키도록 구성된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 방사선 스위치(27)는 초점 렌즈(76)를 포함한다. 초점 렌즈(76)는 음향 광학 편향기(75)에 의해 편향된 광을 수광하고 광을 조명 브랜치(51-54)로 지향시키도록 구성된다. 음향 광학 편향기(75)에 의해 제공되는 편향 각도 및 초점 렌즈(76)의 초점 거리는 광 빔의 충분히 큰 공간적 편향을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 초점 렌즈(76)는 약 60 mm의 초점 거리를 가질 수 있다. 음향 광학 편향기(75)가 1˚ 이상의 각도 범위에 걸쳐 광을 편향시키고 초점 렌즈(76)가 60mm의 초점 거리를 갖는 경우, 광 빔의 공간적 변위는 약 1mm 일 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 방사선 스위치(27)는 렌즈 어레이(77)를 포함한다. 렌즈 어레이는 음향 광학 편향기(75)로부터의 방사선 빔을 조명 브랜치(51-54)에 대응하는 광섬유(30)에 결합하도록 구성된다. 일 실시예에서, 렌즈 어레이(77)는 복수의 렌즈를 포함한다. 일 실시예에서, 렌즈 어레이(77)는 각 조명 브랜치(51-54)의 광섬유(30)에 대응하는 렌즈를 포함한다. 일 실시예에서, 렌즈 어레이(77)의 각 렌즈는 적어도 1mm, 선택적으로 최대 2mm의 직경을 갖는다.
음향 광학 편향기(75)에 의해 적용되는 편향 각도는 음향 광학 편향기(75)에서 여기되는 음향 파의 주파수 및/또는 파워를 변화시켜 제어될 수 있다. 따라서, 음향 광학 편향기(75)에 입력되는 주파수 및 파워를 변화시킴으로써, 특정 조명 브랜치(51-54)의 선택된 개별 광섬유(30)로 광을 재지향시키도록 편향 각도가 신속하게 스위칭될 수 있다. 이는 1ms 미만으로 조명 브랜치(51-54)를 스위칭하는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 방사선 스위치(27)는 조명 브랜치(51-54)에 적용되는 방사선의 세기를 변화시키도록 구성된다. 예를 들어, 방사선 스위치(27)는 조명 세기를 예컨대 중간 세기와 높은 세기 사이에서 변화시키도록 구성될 수 있다. 이에 대해 아래에서 보다 자세히 설명할 것이다.
일 실시예에서, 음향 광학 편향기는 방사선 빔 중 얼마나 많은 부분이 대응하는 조명 브랜치(51-54)의 광섬유(30)에 결합되는지를 제어하기 위해 방사선 빔의 방향을 변화시키도록 구성된다. 조명 브랜치(51-54)에 적용된 개별 세기는 음향 광학 편향기(75)에 의해 제공되는 편향 각도를 디튜닝(detuning)함으로써 조절될 수 있다. 높은 세기의 방사선이 필요한 경우, 음향 광학 편향기(75)는 방사선 빔이 특정 조명 브랜치(51)의 광섬유(30)의 중심에 적용되도록 하는 편향 각도를 제공하도록 구성된다. 방사선 빔을 광섬유(30)의 중심으로 지향시킴으로써, 조명 세기가 최대화될 수 있다(또는 거의 최대화될 수 있다).
더 낮은 세기의 방사선이 필요한 경우, 음향 광학 편향기(75)는 방사선 빔이 광섬유(30)의 (단면 영역에서) 중심을 벗어난 위치로 지향되도록 하는 약간 다른 편향 각도를 적용하도록 제어될 수 있다. 이는 광섬유(30)에 결합되는 방사선의 양을 감소시킨다. 이는 조명 브랜치(51)의 광섬유(30)를 통해 전달되는 방사선의 세기를 감소시킨다. 이러한 방식으로, 광섬유(30)의 팁에 형성된 스폿이 중심을 벗어나고 더 적은 광이 광섬유(30)에 결합되도록 각도를 약간 디튜닝함으로써 개별 세기를 조절할 수 있다.
이러한 방식으로, 서로 다른 조명 브랜치(51-54)를 따라 전달되는 빔의 작은 세기 불균형이 조절되고 보정될 수 있다. 예를 들어, 에너지 센서(55)가 조명 브랜치(51-54) 사이의 세기 불균형을 표시하는 경우, 음향 광학 편향기(75)는 편향을 변화시키도록 제어될 수 있다. 이는 세기 불균형을 보상하고 조명 브랜치(51-54)에 걸친 세기의 일관성을 높일 수 있다.
조명 세기를 변화시키기 위해 음향 광학 편향기(75)를 이용하는 것은 도 8에 도시된 전술한 실시예의 특징들과 조합될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 조명 세기를 변화시키기 위해 음향 광학 편향기(75)를 이용하는 것은 또한 도 8에 도시된 다른 특징들과 독립적으로 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 장치(MT)의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 10에 도시된 실시예에서, 방사선 스위치(27)는 적어도 하나의 포켈스 셀(70)을 포함한다. 포켈스 셀(70)은 방사선 빔의 편광 방향을 제어하도록 구성된 전기 광학 컴포넌트이다. 포켈스 셀은 전기장에 의해 유도되는 광학 매질 내의 복굴절을 생성하도록 구성된다. 복굴절은 전기장에 따라 달라진다. 전압이 포켈스 셀(70)의 결정에 인가되면 복굴절의 양이 변화한다. 특히 복굴절의 양은 인가된 전압에 따라 선형적으로 변화할 수 있다. 포켈스 셀(70)은 가변 지연기로 기능한다.
포켈스 셀(70)에 인가되는 전압은 포켈스 셀(70)이 가변 지연을 적용하도록 제어된다. 가변 지연기는 포켈스 셀(70)에 입력되는 방사선의 편광 방향에 영향을 미친다. 방사선의 편광 방향을 제어함으로써, 방사선은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 상이한 조명 브랜치(51-54)로 지향될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 방사선 소스(32)로부터 방사선을 수광하도록 구성된 빔 스플리터(61)를 포함한다. 빔 스플리터(61)는 2개의 상이한 브랜치를 따라 방사선을 지향시키도록 구성된다. 이러한 빔 스플리터(61)의 제공은 필수적인 것은 아니다. 대안적인 실시예에서, 방사선은 도 10에 도시된 2개의 브랜치 중 하나를 따라(즉, 단지 하나의 포켈스 셀(70)을 이용) 방사선 소스(32)로부터 지향된다. 나머지 브랜치(나머지 포켈스 셀(70)을 이용)는 선택 사항이다.
일 실시예로서, 파장 선택기(33)는 음향 광학 튜닝가능 필터(36)에서 여기된 음향 파의 주파수 및/또는 파워에 기초하여 선택된 파장 범위의 조명 방사선을 투과시키도록 구성된 음향 광학 튜닝가능 필터(36)를 포함한다. 특히 도 10에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 적어도 2개의 음향 광학 튜닝가능 필터(36)를 포함한다. 음향 광학 튜닝가능 필터(36)는 파장 선택기(33)의 일부를 형성할 수 있다. 음향 광학 튜닝가능 필터(36)는 음향 광학 튜닝가능 필터(36)에 의해 투과되는 방사선의 파장을 선택하도록 구성된다. 일 실시예에서, 음향 광학 튜닝가능 필터(36)는 약 3nm의 대역폭을 갖는다.
음향 광학 튜닝가능 필터(36)는 방사선을 선형으로 편광시키도록 구성된다. 음향 광학 튜닝가능 필터(36)에 의해 출력되는 방사선은 선형 편광된다. 선형 편광된 방사선은 음향 광학 튜닝가능 필터(36)의 하류에 있는 포켈스 셀(70)로 입력된다.
위에서 언급한 바와 같이 포켈스 셀은 가변 지연기로 기능한다. 포켈스 셀(70)은, 지연기의 "빠른" 축 및 "느린" 축이 포켈스 셀(70)에 의해 수광된 선형 편광 방사선의 편광 평면에 대해 45°로 배열되도록 구성된다. 포켈스 셀(70)에 인가된 전압이 지연기가 0 °에 있게 되도록 구성될 때, 방사선의 편광은 포켈스 셀(70)에 의해 변하지 않는다. 그러나, 포켈스 셀(70)에 인가된 전압이 지연기가 180 °에 있게 되도록 제어될 때, 방사선의 편광 방향은 90 °만큼 회전된다. 포켈스 셀(70)에 인가된 전압은 1ms 미만으로 변화될 수 있어, 편광 방향의 스위칭은 1ms 미만으로 이루어질 수 있다.
180°의 지연을 제공하기 위해 포켈스 셀(70)에 인가되어야 하는 전압은 방사선의 파장에 따라 달라진다. 따라서 방사선의 파장은, 포켈스 셀(70)에 의해 출력되는 방사선의 편광 방향을 제어하기 위해 포켈스 셀(70)에 인가되는 전압을 제어하는 제어기의 입력이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 방사선 스위치(27)는 포켈스 셀(70)의 광학적으로 하류에 편광 빔 스플리터(71)를 포함한다. 편광 빔 스플리터(71)는 포켈스 셀(70)에 의해 제어되는 편광 방향에 따라 방사선 빔을 투과 또는 반사시키도록 구성된다. 포켈스 셀(70)에 의해 출력되는 방사선은 편광 빔 스플리터(71)로 진입한다. 방사선의 선택된 편광 방향에 따라, 방사선은 편광 빔 스플리터(71)에 의해 투과되거나 반사된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 방사선 스위치(27)는 반파장 지연기(72)를 포함한다. 반파장 지연기(72)는 방사선의 편광 방향을 역으로 회전시키도록 구성된다.
편광 빔 스플리터(71)에 의해 투과된 방사선 빔과 편광 빔 스플리터(71)에 의해 반사된 다음 반파장 지연기(72)에 의해 투과된 방사선 빔은 모두 동일한 편광 방향을 갖게 된다. 이러한 2개의 빔은 2개의 상이한 조명 브랜치(51, 52)에 대응한다. 따라서, 방사선 스위치(27)는 포켈스 셀(70)에 인가된 전압을 제어함으로써 어떤 조명 브랜치(51, 52)가 사용되는지를 제어하도록 구성된다.
일 실시예로서, 계측 장치(MT)는 적어도 2개의 음향 광학 튜닝가능 필터(36-37)를 포함하되, 적어도 하나는 방사선 스위치(27)의 상류에 배열되고 적어도 하나는 방사선 스위치(27)의 하류에 배열된다. 특히 도 10에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 각각의 조명 브랜치(51-54)에는 추가적인 음향 광학 튜닝가능 필터(37)가 구비된다. 이러한 추가 음향 광학 튜닝가능 필터(37)는 대응하는 조명 브랜치(51-54)에 대해 빔을 스위치 온 및 스위치 오프하도록 구성된다.
일 실시예에서, 이러한 추가 음향 광학 튜닝가능 필터(37)는 음향 광학 튜닝가능 필터(36)에 비해 더 큰 대역폭을 갖는다. 방사선이 2개의 음향 광학 튜닝가능 필터(36, 37)를 통과하도록 요구함으로써, 원치 않는 파장의 방사선을 보다 확실하게 배척할 수 있다. 이러한 음향 광학 튜닝가능 필터(37)에 의해 제공되는 스위치는 본 발명의 다른 실시예에 적용될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 각각 포켈스 셀(70)을 갖는 2개의 브랜치가 있어 전체적으로 조명 브랜치(51-54)를 제공할 수 있다. 대안적으로, 단지 2개의 조명 브랜치(51, 52)가 요구된다면 단지 하나의 브랜치가 필요할 수도 있다.
일 실시예에서, 방사선 소스(32)의 바로 하류에 있는 빔 스플리터(61)는 편광 빔 스플리터이다. 이에 의해, 대응하는 음향 광학 튜닝가능 필터(36)를 통한 투과를 위해 최적의 편광을 갖는 2개의 빔을 생성하는 것이 가능해진다. 이것은 음향 광학 튜닝가능 필터(36)에서 손실될 에너지의 양을 감소시킨다.
일 실시예에서, 광원(32)은 초연속체 광원이다.
포켈스 셀(70)과 음향 광학 튜닝가능 필터(36-37)는 도 8에 도시된 전술한 실시예의 특징들과 조합될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 포켈스 셀(70)과 음향 광학 튜닝가능 필터(36-37)는 또한 도 8에 도시된 다른 특징들과 독립적으로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 계측 장치(MT)는 검출 렌즈(16)를 포함한다. 이러한 렌즈는 구조체(즉, 타겟(TT))로부터 회절된 방사선의 적어도 일부를 집광하기 위한 것이다. 일 실시예에서, 렌즈는 도 5의 계측 장치와 관련하여 전술한 대물 렌즈(16)와 유사하다. 이하의 설명에서 렌즈는 대물 렌즈로 설명된다. 그러나 렌즈가 대물 렌즈일 필요는 없다. 대안으로, 렌즈는 단일 렌즈일 수 있다. 렌즈는 싱글릿(singlet), 예를 들어 평면-비구면(plano-asphere) 또는 이중-비구면(bi-asphere)일 수 있다. 렌즈는 자유 형태 곡률을 갖는 임의의 표면 또는 프레넬 렌즈일 수 있다. 렌즈는 굴절률에 구배를 갖는 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 계측 장치(MT)는 이미지 센서(19)를 포함한다. 센서(19)는 집광된 회절 방사선의 기록을 획득하기 위한 것이다. 센서(19)는 도 6에 도시된 계측 장치와 관련하여 전술한 센서(19)와 유사할 수 있다.
일 실시예에서, 계측 장치(MT)는 광학기(24)를 포함한다. 광학기(24)는 집광된 회절 방사선을 센서(19)로 전송하기 위한 것이다. 광학기(24)는 렌즈, 빔 스플리터 및 광학 마스크와 같은 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 조명 브랜치(51, 52)는 타겟(TT)을 조명하기 위한 적어도 하나의 광섬유를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 적어도 하나의 광섬유는 타겟(TT)을 직접 조명하기 위한 것이다. 다시 말해서, 광섬유의 단부와 타겟(TT) 사이에 어떠한 광학기도 필요하지 않다. 이는 타겟(TT)으로 지향되는 조명 방사선의 코히어런스를 유지하는 데 도움이 된다.
도 5에 도시된 계측 장치의 비교 예에서, 타겟(TT)은 광원(11)에 의해 방출되고 대물 렌즈(16)를 포함하는 다양한 광학 요소를 통해 전송되는 방사선에 의해 조명된다. 본 발명의 계측 장치(MT)의 일 실시예는 타겟(TT)이 광섬유에 의해 직접 조명될 수 있다는 점에서 상이하다. 다시 말해서, 조명 방사선이 광섬유로부터 방출될 때 렌즈나 빔 스플리터와 같은 추가 광학기를 통해 전송되지 않는다. 특히, 광섬유로부터 방출되는 조명 방사선은 타겟(TT)에 입사되기 전에 검출 렌즈(16)를 통과하지 않는다.
그러나 광섬유가 타겟(TT)을 직접 조명하는 것이 필수적인 것은 아니다. 일 실시예로서, 적어도 하나의 광섬유는 적어도 하나의 다른 광학 요소를 통해 간접적으로 구조체를 조명하기 위한 것이다. 예를 들어, 광섬유의 단부와 타겟(TT) 사이에 렌즈, 빔 스플리터 등과 같은 광학 요소가 제공될 수 있다.
도 7은 타겟(TT)을 조명하는 방사선 스폿(31)의 크기를 개략적으로 도시한다. 스폿(31)의 크기는 도 6에 도시된 치수를 사용하여 추정될 수 있다. 스폿(31)의 크기(S)는 광섬유 직경(φ)이 증가함에 따라 증가한다. 스폿(31)은 폭과 길이를 갖는 타원형일 수 있다. 스폿(31)의 크기(S)는 광섬유(30)의 팁(40)과 타겟(TT) 사이의 거리(d)가 증가함에 따라 증가한다. 스폿(31)의 크기(S)는 광섬유(30)로부터 방출된 방사선 광선들의 확산을 나타내는 각도(NA)가 증가함에 따라 증가한다. 스폿(31)의 크기(S)는 타겟(TT)에 대한 법선과 광섬유로부터의 방사선의 중심 광선 사이에 규정된 방위각(θ)이 증가함에 따라 증가한다. 일 실시예에서, 모든 조명 브랜치(51, 52)는 타겟(TT)의 동일한 영역을 조명한다. 상이한 조명 브랜치(51, 52)의 스폿(31)은 서로 중첩된다. 일 실시예에서, 조명 브랜치(51, 52)는 동일한 방위각(θ)으로 타겟(TT)을 조명한다. 일 실시예에서, 조명 브랜치(51, 52)의 광섬유(30)는 동일한 직경을 갖는다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 광섬유의 팁(40)은 광축(O)에 평행한 방향으로 대물 렌즈(16)와 타겟(TT) 사이에 위치된다. 광축(O)은 검출 렌즈(16)에 의해 규정된다. 특히, 도 6에 도시된 바와 같이 팁(40)은, 기판(W)의 표면에 의해 형성된 제1 가상 평면(25)에 의해 일측에서 제한되고 제1 가상 평면에 평행하면서 기판(W)을 향하는 대물 렌즈(16)의 단부와 접하는 제2 가상 평면(26)에 의해 다른 측에서 제한되는 공간 내에 위치될 수 있다.
이것의 일례가 도 6에 도시되어 있으며, 조명 브랜치(51, 52)의 광섬유는 검출 렌즈(16)의 단부면 밑의 위치까지 아래로 연장된다. 이것은 광섬유의 팁(40)을 타겟(TT)에 가깝게 위치시키는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 팁(40)이 광축에 평행한 방향으로 검출 렌즈(16)와 타겟(TT) 사이에 있을 필요는 없다. 예를 들어, 팁(40)은 검출 렌즈(16)의 단부면 바로 위에 위치할 수 있지만, 그 일측에 위치할 수 있다. 이것은, 검출 렌즈(16)에 의해 집광될 수 있는 타겟(TT)으로부터의 어떠한 회절 방사선과도 팁(40)이 간섭하지 않도록 보장하면서 행해질 수 있다.
도 8은 계측 장치(MT)의 선택적인 컴포넌트들 사이의 광학적 연결을 개략적으로 도시한다. 도 8에 도시되고 위에서 기술한 바와 같이, 계측 장치(MT)는 방사선 소스(32) 및 방사선 스위치(27)를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 4개의 조명 브랜치(51-54)를 포함한다. 조명 브랜치 중 2개는 타겟(TT)의 제1 격자 세트의 관심 특성을 결정하기 위한 것이다. 조명 브랜치 중 2개는 타겟(TT)의 제2 격자 세트의 관심 특성을 결정하기 위한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 파장 선택기(33)를 포함한다. 파장 선택기(33)는 조명 방사선을 수광하도록 구성된다. 파장 선택기(33)는 선택된 파장 범위의 조명 방사선을 투과시키도록 구성된다. 파장 선택기(33)는 선택된 파장 범위를 벗어난 조명 방사선을 필터링하도록 구성된다. 일 실시예에서, 선택된 파장 범위는 약 5 내지 15 nm의 대역폭을 갖는다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 파장 선택기(33)는 복수의 선택기 유닛(34, 35)을 포함한다. 일 실시예에서, 파장 선택기(33)는 가시 방사선 선택기 유닛(34) 및 적외 방사선 선택기 유닛(35)을 포함한다. 가시 방사선 선택기 유닛(34)은 가시광 스펙트럼 내에서 선택된 파장 범위를 투과시키고 다른 방사선을 필터링하도록 구성된다. 적외 방사선 선택기 유닛(35)은 적외선 스펙트럼 내에서 선택된 파장 범위를 투과시키고 다른 방사선을 필터링하도록 구성된다. 방사선 스펙트럼의 다른 섹션에 대해 추가 선택기 유닛이 제공될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 파장 선택기(33)는 조명 방사선을 선택기 유닛(34, 35) 사이에서 분할하기 위한 빔 스플리터(61)를 포함한다. 일 실시예에서, 파장 선택기(33)는 방사선 스위치(27)로의 입력을 위해 분할된 광 경로를 단일 광 경로로 재결합하기 위한 반사기(62)(예를 들어, 거울)를 포함한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 파장 선택기(33)는 방사선 소스(32)의 광학적으로 하류에 그리고 방사선 스위치(27)의 광학적으로 상류에 위치한다. 파장 선택기(33)는 방사선 소스(32)로부터 조명 방사선을 수광한다. 파장 선택기(33)는 선택된 파장 범위의 조명 방사선을 방사선 스위치(27)로 출력한다. 대안적인 실시예에서, 파장 선택기(33)는 방사선 스위치(27)의 하류에 위치된다.
계측 장치(MT)가 파장 선택기(33)를 포함하는 것은 필수적인 것은 아니다. 일 실시예에서 방사선 소스(32)는 단일 파장 소스(예를 들어, 단일 파장 레이저)를 포함한다. 예를 들어, 방사선 소스(32)가 단일 파장 소스를 포함할 때 파장 선택기는 필요하지 않다. 일 실시예에서, 방사선 소스(32)는 출력이 비교적 작은 대역폭(예를 들어, 단일 파장) 내에 있고 그 작은 대역폭의 중심 파장이 선택가능한 것인 튜닝가능 단일 파장 소스이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 분광계(28)를 포함한다. 방사선 스위치(27)는 방사선의 적어도 일부를 분광계(28)로 선택가능하게 전달하도록 구성된다. 분광계(28)는 조명 방사선의 스펙트럼 성분을 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 분광계(28)는 조명 방사선의 파장 범위 및 프로파일을 측정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 분광계는 조명 방사선의 파장을 제어하기 위한 피드백을 제공하기 위해 방사선 소스(32) 및/또는 파장 선택기(33)에 의해 수신되는 정보를 출력한다.
일 실시예로서, 방사선 스위치(27)는 조명 방사선의 일부를 분광계(28)로 지속적으로 전달하도록 구성된다. 이를 통해 측정에 사용되는 조명 방사선의 파장에 대한 지속적인 피드백 제어가 가능해진다. 대안적인 실시예로서, 방사선 스위치(27)는 조명 방사선의 적어도 일부를 분광계(28)에 간헐적으로 전달하도록 제어된다. 이것은 조명 방사선의 파장의 간헐적인 피드백 제어를 가능하게 한다. 조명 방사선이 분광계(28)에 전달되고 있지 않을 때, 조명 방사선의 휘도는 높게 유지된다. 피드백은 또한 연속적인 방식으로 파장 선택기(33)의 출력 중 작은 부분(예를 들어, 0.1 - 1%)을 분리해냄(split off)으로써 간헐적인 대신 연속적으로 수행될 수도 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 빔 덤프(29)를 포함한다. 방사선 스위치(27)는 방사선의 적어도 일부를 빔 덤프(29)로 선택가능하게 전달하도록 구성된다. 빔 덤프(29)는 방사선을 흡수하도록 구성된다. 빔 덤프(29)는 방사선 소스(32)를 스위치 오프 하지 않고도 조명 브랜치(51-54)에 의해 조명 방사선이 방출되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 빔 덤프(29)는 조명 방사선을 위한 셔터로서 작용하도록 사용될 수 있다. 하지만 계측 장치(MT)가 빔 덤프를 포함하는 것은 필수적인 것은 아니다. 단지 일례로서, 계측 장치(MT)는 빔 덤프(29)를 포함하지 않을 수 있고, 빠르게 스위치 온 및 스위치 오프될 수 있는 방사선 소스(32)를 가질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 적어도 2개의 에너지 센서(55)를 포함한다. 특히, 일 실시예에서 각각의 조명 브랜치는 에너지 센서(55)를 포함한다. 에너지 센서(55)는 대응하는 조명 브랜치(51-54)의 광섬유(30)를 통해 전달된 방사선의 세기를 측정하도록 구성된다.
각각의 조명 브랜치(51-54)에는 대응하는 에너지 센서(55)가 제공된다. 에너지 센서(55)는 조명 브랜치(51-54)를 통해 전달되는 조명 방사선의 세기를 제어하는 것을 돕는다. 일 실시예에서, 에너지 센서(55)는 방사선 세기의 피드백 제어에 사용되는 정보를 출력한다. 예를 들어, 방사선 소스(32)의 파워는 에너지 센서(55)로부터 수신된 정보에 기초하여 제어될 수 있다.
전술한 바와 같이, 일 실시예에서 2개의 조명 브랜치(51, 52)가 제1 격자(X 방향의 라인을 가짐)를 측정하기 위해 사용된다. 또 다른 2개의 조명 브랜치(53, 54)는 제2 격자(Y 방향의 라인을 가짐)를 측정하기 위해 사용된다. 에너지 센서(55)는, 동일한 격자를 측정하기 위해 두 개의 조명 브랜치(51, 52)에 의해 전달된 방사선의 세기가 두 브랜치에 대해 동일하게 되도록 하기 위해 사용될 수 있다. 제2 격자에 대해서도 2개의 브랜치에 대해 유사한 제어가 수행된다. 다른 실시예로서, 에너지 센서(55)에 의해 측정된 값이 센서(19) 상에서 측정된 세기를 정규화하는 데 사용되어 측정이 서로 더 정확하게 비교될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 오버레이 측정의 더 높은 정확도를 달성할 것으로 예상된다. 이는 오버레이 신호가 동일한 격자를 측정하는 2개의 브랜치 사이의 세기 차이에 매우 민감하기 때문이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 각 조명 브랜치(51-54)는 방사선을 에너지 센서(55)를 향해 재지향시키기 위해 빔 스플리터(61)를 포함한다. 일 실시예에서, 빔 스플리터(61)는 방사선의 대부분(예를 들어, 약 99 %)을 투과시키고 에너지 센서(55)를 향해 방사선의 소수 부분(예를 들어, 약 1 %) 만을 반사시키도록 구성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 에너지 센서(55)는 조명 브랜치(51-54)의 광섬유(30)의 광학적으로 하류에 있다. 이것은 에너지 센서(55)가 조명 브랜치(51-54)에 의해 출력되는 방사선의 세기를 측정할 수 있게 한다. 그러나, 에너지 센서(55)는 광섬유(30)의 상류에 위치할 수 있다(다만 에너지 센서에 의해 이루어지는 측정이 광섬유(30) 내에서의 손실을 고려하지 않을 수도 있음).
계측 장치(MT)가 에너지 센서(55)를 포함하는 것은 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 방사선 선량 센서가 타겟(TT)에서 수신되는 방사선을 측정하는 데 사용될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 적어도 2개의 편광기(56)를 포함한다. 특히, 일 실시예에서 각각의 조명 브랜치는 편광기(56)를 포함한다. 편광기(56)는 대응하는 조명 브랜치(51-54)를 통해 전달된 방사선을 편광시키도록 구성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예로서 편광기(56)는 조명 브랜치(51-54)의 광섬유(30)의 광학적으로 하류에 있다. 일 실시예에서, 편광기(56)는 방사선이 타겟(TT)에 도달하기 직전에 적절한 모드로 조명 방사선을 편광시키도록 구성된다.
일 실시예로서, 편광기(56)는 선택가능한 편광의 투과를 허용하도록 제어가능하다. 예를 들어, 편광기의 모드는 적절한 방사선 편광을 제공하도록 스위칭될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 편광기(56)는 이러한 방식으로 제어가능하지 않고 고정된 방사선 편광을 제공한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 검출 브랜치를 포함한다. 검출 브랜치는 기판(W) 상의 구조체(TT)로부터 회절 및/또는 산란된 방사선을 집광하도록 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 검출 브랜치는 검출 렌즈(16) 및 추가 광학기(24)를 포함한다. 일 실시예에서 검출 브랜치는 센서(19)를 포함한다. 일 실시예에서 검출 브랜치는 빔 스플리터를 포함한다.
일 실시예에서, 검출 브랜치는 센서(19)에 의해 획득된 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 일 실시예에서, 프로세서는 회절 방사선의 수차를 보정하기 위한 컴퓨테이션 이미징 알고리즘을 구현하도록 구성된다. 일 실시예에서, 검출 브랜치의 광학기(24)는 도 5에 도시된 비교 예에 비해 단순화되어 있다. 단순화된 광학기의 결과로 회절 방사선의 수차가 증가할 수도 있다. 컴퓨테이션 이미징 알고리즘은 단순화된 광학기로 인한 이러한 수차를 보정하는 데 사용된다.
일 실시예로서 검출 브랜치는 0차가 아닌 회절 차수 방사선을 집광하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시예에서 검출 브랜치(16, 24)는 +1 및 -1 회절 차수를 집광하도록 구성된다. 일 실시예에서, 검출 브랜치(16, 24)는 정반사된 방사선을 집광하도록 구성되지 않는다.
일 실시예에서, 조명 브랜치(51-54)는 검출 브랜치(16, 24)로부터 분리된다. 조명 브랜치(51-54)는 검출 브랜치(16, 24)와 공통된 컴포넌트를 공유하지 않는다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 적어도 하나의 이미지 센서(19)를 포함한다. 이미지 센서(19)는 기판(W) 상의 구조체(TT)로부터 회절된 방사선을 검출하도록 구성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 복수의 (예컨대, 2개의) 이미지 센서(19)를 포함한다. 이미지 센서(19)는 전체 스펙트럼 중 상이한 섹션들의 방사선을 검출하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 하나의 이미지 센서가 가시 방사선을 검출하기 위한 것이고 다른 이미지 센서(19)는 적외 방사선을 검출하기 위한 것일 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 일 실시예로서, 상이한 이미지 센서(19) 사이에서 집광된 방사선을 분할하기 위해 빔 스플리터(61)가 제공된다. 그러나, 복수의 이미지 센서가 반드시 제공될 필요는 없다. 대안적인 실시예에서 단지 하나의 이미지 센서(19)가 제공된다.
전술한 바와 같이, 계측 장치(MT)의 다양한 컴포넌트가 제어가능하다. 예를 들어, 방사선 소스(32), 파장 선택기(33), 방사선 스위치(27) 및 편광기(56)는 서로 다른 모드 사이에서 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 계측 장치(MT)는 이들 컴포넌트 중 하나 이상을 제어하도록 구성된 제어기(58)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 일 실시예에서 계측 장치(MT)는 방사선의 양상을 측정하기 위한 하나 이상의 컴포넌트를 포함한다. 예를 들어, 분광계(28) 및 에너지 센서(55)는 측정에 사용되고 있는 조명 방사선의 파장 프로파일 및 세기를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(58)는 이러한 측정 컴포넌트(예를 들어, 분광계(28) 및 에너지 센서(55))로부터 정보를 수신한다. 일 실시예에서, 제어기(58)는 수신된 정보에 기초하여 제어 신호를 생성한다. 이를 통해 측정에 사용되는 조명 방사선에 대한 피드백 제어가 가능해진다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(W) 상의 타겟(TT)을 조명하는 4개의 별개의 조명 브랜치(51-54)의 광섬유(30)의 평면도이다. 도 9는 타겟(TT)에 대한 법선 방향으로 본 도면이다. 법선은 검출 브랜치(16, 24)(도 6에 도시된 바와 같음)의 광축(O)에 평행할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 조명 브랜치(51-54)의 광섬유(30)는 타겟(TT)에 대한 법선 방향으로 볼 때 서로 반대 방향으로부터 타겟(TT)을 조명하도록 구성된다. 도 9에 도시된 예에서, 조명 브랜치(51 및 52)는 타겟(TT)의 제1 격자 세트(X 방향의 라인을 가짐)를 측정하기 위한 것이다. 조명 브랜치(53 및 54)는 제2 격자(Y 방향으로의 라인을 가짐)를 측정하기 위한 것이다. 조명 브랜치(51 및 52)는 서로 상보적인 각도로부터 타겟(TT)을 조명한다. 이것은 조명 브랜치(51, 52) 사이의 각도 β가 180 °임을 의미한다. 마찬가지로, 조명 브랜치(53, 54)는 서로 상보적인 각도(즉, 서로 반대측)로부터 타겟(TT)을 조명한다.
일 실시예로서, 조명 브랜치(51-54)는 서로 균등하게 이격되어 있는 서로 상이한 각도로부터 타겟(TT)을 조명하도록 구성된다. 예를 들면 도 9에 도시된 바와 같이 인접한 조명 브랜치(예컨대, 조명 브랜치 51 및 54) 사이의 각도 α는 90 °이다. 이것은 4개의 조명 브랜치(51-54) 모두가 서로 균등하게 이격된 각도에 있음을 의미한다. 각각의 쌍의 인접한 조명 브랜치들 사이에는 90 ° 각도가 존재한다. 조명 브랜치(51, 52)는 타겟(TT)에 대한 법선 방향으로 볼 때 서로 반대 방향으로부터 타겟(TT)을 조명하도록 배열된다. 조명 브랜치(53, 54)는 타겟(TT)에 대한 법선 방향으로 볼 때 서로 반대 방향으로부터 타겟(TT)을 조명하도록 배열된다.
일 실시예에서, 계측 장치(MT)는 회절 기반 스캐터로미터이다.
추가의 실시예는 다음의 번호가 매겨진 조항으로 제공된다:
1. 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 장치로서,
조명 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스;
기판 상의 구조체를 조명하기 위한 적어도 2개의 조명 브랜치 - 조명 브랜치는 서로 상이한 각도로부터 구조체를 조명하도록 구성됨; 및
조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택가능한 하나에 전달하도록 구성된 방사선 스위치를 포함하는, 계측 장치.
2. 제1조항에 있어서, 상기 방사선 스위치는 공간 광 변조기를 포함하는, 계측 장치.
3. 제2조항에 있어서, 공간 광 변조기는 마이크로미러 디바이스를 포함하는, 계측 장치.
4. 제1조항에 있어서, 상기 방사선 스위치는 음향 광학 편향기를 포함하는, 계측 장치.
5. 제4조항에 있어서, 상기 방사선 스위치는 상기 음향 광학 편향기로부터의 방사선 빔을 조명 브랜치에 대응하는 광섬유에 결합하도록 구성된 렌즈 어레이를 포함하는 계측 장치.
6. 제4조항에 있어서, 상기 음향 광학 편향기는 방사선 빔 중 얼마나 많은 부분이 대응하는 조명 브랜치의 광섬유에 결합되는지를 제어하기 위해 방사선 빔의 방향을 변화시키도록 구성되는 계측 장치.
7. 제4조항에 있어서, 상기 방사선 스위치는 방사선 빔의 편광 방향을 제어하도록 구성된 포켈스 셀을 포함하는 계측 장치.
8. 제7조항에 있어서, 포켈스 셀에 의해 제어되는 편광 방향에 따라 방사선 빔을 투과 또는 반사시키도록 구성된 편광 빔 스플리터를 포함하는 계측 장치.
9. 제1조항에 있어서, 상기 방사선 스위치는, 적어도 하나의 빔 스플리터, 및 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택가능한 하나에 방사선의 적어도 일부의 전달을 제어하도록 구성된 복수의 셔터를 포함하는, 계측 장치.
10. 제1조항 내지 제9조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 브랜치는 상기 구조체에 대한 법선 방향으로 볼 때 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 조명하도록 구성되는, 계측 장치.
11. 제1조항 내지 제10조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 브랜치는 서로 균등하게 이격되어 있는 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 조명하도록 구성되는, 계측 장치.
12. 제1조항 내지 제11조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 브랜치는 상기 구조체를 조명하기 위한 적어도 하나의 광섬유를 포함하는, 계측 장치.
13. 제12조항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광섬유는 상기 구조체를 직접 조명하기 위한 것인 계측 장치.
14. 제12조항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광섬유는 적어도 하나의 다른 광학 요소를 통해 간접적으로 구조체를 조명하기 위한 것인 계측 장치.
15. 제1조항 내지 제14조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 방사선을 수광하고 선택된 파장 범위의 조명 방사선을 투과시키며 상기 선택된 파장 범위 밖의 조명 방사선은 필터링하도록 구성된 파장 선택기를 포함하는, 계측 장치.
16. 제15조항에 있어서, 상기 파장 선택기는 음향 광학 튜닝가능 필터에서 여기된 음향 파의 주파수 및/또는 파워에 기초하여 선택된 파장 범위의 조명 방사선을 투과시키도록 구성된 음향 광학 튜닝가능 필터를 포함하는 계측 장치.
17. 제16조항에 있어서, 적어도 2개의 음향 광학 튜닝가능 필터를 포함하되, 적어도 하나는 상기 방사선 스위치의 상류에 배열되고 적어도 하나는 상기 방사선 스위치의 하류에 배열되는 계측 장치.
18. 제1조항 내지 제17조항 중 어느 한 조항에 있어서, 분광계를 포함하되, 상기 방사선 스위치가 방사선의 적어도 일부를 상기 분광계로 선택가능하게 전달하도록 구성되는, 계측 장치.
19. 제1조항 내지 제18조항 중 어느 한 조항에 있어서, 빔 덤프를 포함하되, 상기 방사선 스위치가 방사선의 적어도 일부를 빔 덤프로 선택가능하게 전달하도록 구성되는, 계측 장치.
20. 제1조항 내지 제21조항 중 어느 한 조항에 있어서, 적어도 4개의 조명 브랜치를 포함하는 계측 장치.
21. 제1조항 내지 제20조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 구조체는 제1 방향으로의 라인들의 제1 격자 및 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로의 라인들의 제2 격자를 포함하고,
상기 조명 브랜치 중 적어도 2개는 서로 상이한 각도로부터 제1 격자의 관심 특성을 결정하기 위한 것이고, 조명 브랜치 중 적어도 2개는 서로 상이한 각도로부터 제2 격자의 관심 특성을 결정하기 위한 것인, 계측 장치.
22. 제21조항에 있어서, 제1 격자의 관심 특성을 결정하기 위한 조명 브랜치 중 적어도 2개는 구조체에 대한 법선 방향으로 볼 때 서로 반대 방향으로부터 구조체를 조명하도록 배열되는 계측 장치.
23. 제21조항 또는 제22조항에 있어서, 제2 격자의 관심 특성을 결정하기 위한 조명 브랜치 중 적어도 2개는 구조체에 대한 법선 방향으로 볼 때 서로 반대 방향으로부터 구조체를 조명하도록 배열되는 계측 장치.
24. 제1조항 내지 제23조항 중 어느 한 조항에 있어서, 적어도 2개의 조명 브랜치에 대응하는 적어도 2개의 에너지 센서를 포함하고, 에너지 센서는 대응하는 조명 브랜치를 통해 전달되는 방사선의 세기를 측정하도록 구성된, 계측 장치.
25. 제1조항 내지 제24조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 적어도 2개의 조명 브랜치에 대응하는 적어도 2개의 편광기를 포함하되, 편광기는 대응하는 조명 브랜치를 통해 전달되는 방사선을 편광시키도록 구성되는, 계측 장치.
26. 제25조항에 있어서, 편광기는 선택가능한 편광의 투과를 허용하도록 제어가능한 것인 계측 장치.
27. 제1조항 내지 제26조항 중 어느 한 조항에 있어서, 기판 상의 구조체로부터 회절 및/또는 산란된 방사선을 집광하도록 구성된 검출 브랜치를 포함하는 계측 장치.
28. 제27조항에 있어서, 검출 브랜치는 0차가 아닌 회절 차수 방사선을 집광하도록 구성되는 계측 장치.
29. 제27조항 또는 제28조항에 있어서, 상기 적어도 2개의 조명 브랜치는 상기 검출 브랜치와는 별개인 계측 장치.
30. 제1조항 내지 제29조항 중 어느 한 조항에 있어서, 기판 상의 구조체로부터 회절된 방사선을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 이미지 센서를 포함하는 계측 장치.
31. 제1조항 내지 제30조항 중 어느 한 조항에 있어서, 방사선 스위치 및/또는 방사선 소스를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 계측 장치.
32. 제31조항에 있어서, 계측 장치가 파장 선택기를 포함할 때, 제어기는 파장 선택기를 제어하도록 구성되는, 계측 장치.
33. 제31조항 또는 제32조항에 있어서, 계측 장치가 편광기를 포함할 때, 제어기는 편광기를 제어하도록 구성되는, 계측 장치.
34. 제31조항 내지 제33조항 중 어느 한 조항에 있어서, 계측 장치가 에너지 센서를 포함할 때, 제어기는 에너지 센서로부터 정보를 수신하도록 구성되고, 제어기는 수신된 정보에 기초하여 제어 신호를 생성하는, 계측 장치.
35. 제31조항 내지 제34조항 중 어느 한 조항에 있어서, 계측 장치가 분광계를 포함할 때, 제어기는 분광계로부터 정보를 수신하도록 구성되고, 제어기는 수신된 정보에 기초하여 제어 신호를 생성하는, 계측 장치.
36. 기판 상의 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 방법으로서,
조명 방사선을 생성하는 단계;
방사선 스위치에서 조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택 가능한 하나에 전달하는 단계;
상기 적어도 2개의 조명 브랜치에 의해 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 순차적으로 조명하는 단계;
구조체로부터 회절된 방사선의 적어도 일부를 집광하는 단계; 및
이미지 센서에서 집광된 회절 방사선의 기록을 수신하고 획득하는 단계를 포함하는 방법.
37. 제36조항에 있어서,
방사선 스위치에서 수신되는 조명 방사선의 파장을 변화시키는 단계; 및
변화된 파장의 조명 방사선을 이용하여 적어도 두 개의 조명 브랜치에 의해 서로 상이한 각도로부터 구조체를 다시 순차적으로 조명하는 단계를 포함하는 방법.
38. 제1조항 내지 제35조항 중 어느 한 조항에 따른 계측 장치를 포함하는 리소그래피 셀.
추가 실시예는 다음 목록의 조항으로 제공된다:
a.) 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 장치로서,
조명 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스;
기판 상의 구조체를 조명하기 위한 적어도 2개의 조명 브랜치 - 조명 브랜치는 서로 상이한 각도로부터 구조체를 조명하도록 구성됨; 및
조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택가능한 하나에 전달하도록 구성된 방사선 스위치를 포함하고,
상기 방사선 스위치는:
조명 방사선의 편광 방향을 제어하고 편광 제어된 조명 방사선을 출력하도록 구성된 포켈스 셀, 및
상기 포켈스 셀의 광학적으로 하류에 있는 편광 빔 스플리터를 포함하되, 편광 빔 스플리터는, 편광 제어된 조명 방사선의 편광 방향에 따라, 편광 제어된 조명 방사선을 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 제1 조명 브랜치로 투과시키거나 편광 제어된 조명 방사선을 조명 브랜치 중 제2 조명 브랜치로 반사시키도록 구성되는, 계측 장치.
b.) 제a조항에 있어서, 상기 포켈스 셀의 광학적으로 상류에 배열되고 조명 방사선을 선형으로 편광시키도록 구성된 상류 음향 광학 튜닝가능 필터를 더 포함하는, 계측 장치.
c.) 제a조항 또는 제b조항에 있어서, 상기 제1 및 제2 조명 브랜치 중 하나의 브랜치에 배열되고 상기 제1 및 제2 조명 브랜치 중 하나의 브랜치에서 상기 편광 빔 스플리터에 의해 각각 투과 또는 반사된 상기 편광 제어된 조명 방사선의 편광 방향을 회전시키도록 구성된 반파장 지연기를 더 포함하는, 계측 장치.
d.) 제a조항 내지 제c조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 브랜치는 각각, 상기 방사선 스위치의 하류에 배열되고 개개의 조명 브랜치를 스위치 온 및 스위치 오프하도록 구성되는 개개의 하류 음향 광학 튜닝가능 필터를 포함하는, 계측 장치.
e.) 제a조항 내지 제d조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 방사선의 파장을 나타내는 데이터를 수신하고 조명 방사선의 파장에 따라 포켈스 셀(70)에 인가되는 전압을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 계측 장치.
f.) 제a조항 내지 제e조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선 스위치는 공간 광 변조기를 포함하고, 선택적으로 공간 광 변조기는 마이크로미러 디바이스를 포함하는, 계측 장치.
g.) 제a조항 내지 제f조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선 스위치는 음향 광학 편향기를 포함하는, 계측 장치.
h.) 제a조항 내지 제g조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 방사선 스위치는, 적어도 하나의 빔 스플리터, 및 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택가능한 하나에 방사선의 적어도 일부의 전달을 제어하도록 구성된 복수의 셔터를 포함하는, 계측 장치.
i.) 제a조항 내지 제h조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 브랜치는 상기 구조체에 대한 법선 방향으로 볼 때 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 조명하도록 구성되는, 계측 장치.
j.) 제a조항 내지 제i조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 브랜치는 서로 균등하게 이격되어 있는 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 조명하도록 구성되는, 계측 장치.
k.) 제a조항 내지 제j조항 중 어느 한 조항에 있어서, 조명 브랜치는 상기 구조체를 조명하기 위한 적어도 하나의 광섬유를 포함하고, 선택적으로, 상기 적어도 하나의 광섬유는 구조체를 직접 조명하기 위한 것이거나, 또는 상기 적어도 하나의 광섬유는 적어도 하나의 다른 광학 요소를 통해 간접적으로 구조체를 조명하기 위한 것인, 계측 장치.
l.) 제a조항 내지 제k조항 중 어느 한 조항에 있어서,
조명 방사선을 수광하고 선택된 파장 범위의 조명 방사선을 투과시키며 상기 선택된 파장 범위 밖의 조명 방사선은 필터링하도록 구성된 파장 선택기를 포함하는, 계측 장치.
m.) 제a조항 내지 제l조항 중 어느 한 조항에 있어서,
- 분광계로서, 상기 방사선 스위치가 방사선의 적어도 일부를 상기 분광계로 선택가능하게 전달하도록 구성되는, 분광계;
- 빔 덤프로서, 상기 방사선 스위치가 방사선의 적어도 일부를 빔 덤프로 선택가능하게 전달하도록 구성되는, 빔 덤프 중 적어도 하나를 포함하는, 계측 장치.
n.) 제a조항 내지 제m조항 중 어느 한 조항에 있어서, 적어도 2개의 조명 브랜치에 대응하는 적어도 2개의 에너지 센서를 포함하고, 에너지 센서는 대응하는 조명 브랜치를 통해 전달되는 방사선의 세기를 측정하도록 구성된, 계측 장치.
o.) 제a조항 내지 제n조항 중 어느 한 조항에 있어서, 상기 적어도 2개의 조명 브랜치에 대응하는 적어도 2개의 편광기를 포함하되, 편광기는 대응하는 조명 브랜치를 통해 전달되는 방사선을 편광시키도록 구성되고, 선택적으로, 편광기는 선택가능한 편광의 투과를 허용하도록 제어가능한 것인 계측 장치.
p.) 제a조항 내지 제o조항 중 어느 한 조항에 있어서, 기판 상의 구조체로부터 회절 및/또는 산란된 방사선을 집광하도록 구성된 검출 브랜치를 포함하는 계측 장치.
q.) 제p조항에 있어서,
검출 브랜치가 0차가 아닌 회절 차수 방사선을 집광하도록 구성되는 것과,
적어도 2개의 조명 브랜치가 상기 검출 브랜치와는 별개인 것 중 적어도 하나인 계측 장치.
r.) 기판 상의 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 방법으로서,
조명 방사선을 생성하는 단계;
스위치에서 조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택 가능한 하나에 전달하는 단계;
상기 적어도 2개의 조명 브랜치에 의해 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 순차적으로 조명하는 단계;
구조체로부터 회절된 방사선의 적어도 일부를 집광하는 단계; 및
이미지 센서에서 집광된 회절 방사선의 기록을 수신하고 획득하는 단계를 포함하고,
상기 방사선 스위치는:
조명 방사선의 편광 방향을 제어하고 편광 제어된 조명 방사선을 출력하도록 구성된 포켈스 셀, 및
상기 포켈스 셀의 광학적으로 하류에 있는 편광 빔 스플리터를 포함하되, 편광 빔 스플리터는, 편광 제어된 조명 방사선의 편광 방향에 따라, 편광 제어된 조명 방사선을 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 제1 조명 브랜치로 투과시키거나 편광 제어된 조명 방사선을 조명 브랜치 중 제2 조명 브랜치로 반사시키도록 구성되는, 방법.
s.) 제a조항 내지 제q조항 중 어느 한 조항에 따른 계측 장치를 포함하는 리소그래피 셀.
본 명세서에서 "계측 장치" 또는 "검사 장치"를 구체적으로 언급하였지만, 두 용어는 또한 검사 장치 또는 검사 시스템을 지칭할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 특성을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예를 포함하는 검사 장치 또는 계측 장치는 기판의 결함 또는 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 결함을 검출하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판 상의 구조체의 관심 특성은 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 또는 웨이퍼 상의 원치 않는 구조체의 존재에 관한 것일 수 있다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해 특별히 언급할 수 있지만, 여기에 설명된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음을 이해해야 할 것이다. 가능한 다른 응용 분야로는, 통합된 광학 시스템, 자기 도메인 메모리를 위한 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD) 및 박막 자기 헤드 등의 제조가 있다.
본 명세서에서는 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 언급할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 기타 다른 기판) 또는 마스크(또는 기타 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이들 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변(비-진공) 조건을 이용할 수 있다.
광학 리소그래피의 맥락에서 본 발명의 실시예를 이용하는 것에 대해 특정하게 언급하였지만, 본 발명은 문맥이 허용하는 한 광학 리소그래피로 제한되지 않으며 예를 들어 임프린트 리소그래피 등의 다른 응용예에서도 이용될 수 있음을 이해할 것이다.
이상에서 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 앞선 설명은 예시적인 것으로 의도되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 이하 제시되는 청구 범위로부터 벗어남이 없이, 기술된 본 발명에 대해 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하기 위한 계측 장치로서,
    - 조명 방사선을 생성하기 위한 방사선 소스;
    - 기판 상의 구조체를 조명하기 위한 적어도 2개의 조명 브랜치 - 조명 브랜치는 서로 상이한 각도로부터 구조체를 조명하도록 구성됨 -; 및
    - 조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택가능한 하나에 전달하도록 구성된 방사선 스위치를 포함하고,
    상기 방사선 스위치는:
    조명 방사선의 편광 방향을 제어하고 편광 제어된 조명 방사선을 출력하도록 구성된 포켈스 셀, 및
    상기 포켈스 셀의 광학적으로 하류에 있는 편광 빔 스플리터를 포함하되, 편광 빔 스플리터는, 편광 제어된 조명 방사선의 편광 방향에 따라, 편광 제어된 조명 방사선을 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 제1 조명 브랜치로 투과시키거나 편광 제어된 조명 방사선을 조명 브랜치 중 제2 조명 브랜치로 반사시키도록 구성되는, 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포켈스 셀의 광학적으로 상류에 배열되고 조명 방사선을 선형으로 편광시키도록 구성된 상류 음향 광학 튜닝가능 필터를 더 포함하는, 계측 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 조명 브랜치 중 하나의 브랜치에 배열되고 상기 제1 및 제2 조명 브랜치 중 하나의 브랜치에서 상기 편광 빔 스플리터에 의해 각각 투과 또는 반사된 상기 편광 제어된 조명 방사선의 편광 방향을 회전시키도록 구성된 반파장 지연기를 더 포함하는, 계측 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 브랜치는 각각, 상기 방사선 스위치의 하류에 배열되고 개개의 조명 브랜치를 스위치 온 및 스위치 오프하도록 구성되는 개개의 하류 음향 광학 튜닝가능 필터를 포함하는, 계측 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 방사선의 파장을 나타내는 데이터를 수신하고 조명 방사선의 파장에 따라 포켈스 셀(70)에 인가되는 전압을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 계측 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 스위치는 공간 광 변조기를 포함하고, 선택적으로 공간 광 변조기는 마이크로미러 디바이스를 포함하는, 계측 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 스위치는 음향 광학 편향기를 포함하는, 계측 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 스위치는, 적어도 하나의 빔 스플리터, 및 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택가능한 하나에 방사선의 적어도 일부의 전달을 제어하도록 구성된 복수의 셔터를 포함하는, 계측 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 브랜치는 상기 구조체에 대한 법선 방향으로 볼 때 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 조명하도록 구성되는, 계측 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 브랜치는 서로 균등하게 이격되어 있는 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 조명하도록 구성되는, 계측 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 브랜치는 상기 구조체를 조명하기 위한 적어도 하나의 광섬유를 포함하고, 선택적으로, 상기 적어도 하나의 광섬유는 구조체를 직접 조명하기 위한 것이거나, 또는 상기 적어도 하나의 광섬유는 적어도 하나의 다른 광학 요소를 통해 간접적으로 구조체를 조명하기 위한 것인, 계측 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 방사선을 수광하고 선택된 파장 범위의 조명 방사선을 투과시키며 상기 선택된 파장 범위 밖의 조명 방사선은 필터링하도록 구성된 파장 선택기를 포함하는, 계측 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 분광계로서, 상기 방사선 스위치가 방사선의 적어도 일부를 상기 분광계로 선택가능하게 전달하도록 구성되는, 분광계;
    - 빔 덤프로서, 상기 방사선 스위치가 방사선의 적어도 일부를 빔 덤프로 선택가능하게 전달하도록 구성되는, 빔 덤프
    중 적어도 하나를 포함하는, 계측 장치.
  14. 기판 상의 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 방법으로서,
    - 조명 방사선을 생성하는 단계;
    - 방사선 스위치에서 조명 방사선을 수광하고 방사선의 적어도 일부를 적어도 2개의 조명 브랜치 중 선택 가능한 하나에 전달하는 단계;
    - 상기 적어도 2개의 조명 브랜치에 의해 서로 상이한 각도로부터 상기 구조체를 순차적으로 조명하는 단계;
    - 구조체로부터 회절된 방사선의 적어도 일부를 집광하는 단계; 및
    - 이미지 센서에서 집광된 회절 방사선의 기록을 수신하고 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 방사선 스위치는:
    조명 방사선의 편광 방향을 제어하고 편광 제어된 조명 방사선을 출력하도록 구성된 포켈스 셀, 및
    상기 포켈스 셀의 광학적으로 하류에 있는 편광 빔 스플리터를 포함하되, 편광 빔 스플리터는, 편광 제어된 조명 방사선의 편광 방향에 따라, 편광 제어된 조명 방사선을 상기 적어도 2개의 조명 브랜치 중 제1 조명 브랜치로 투과시키거나 편광 제어된 조명 방사선을 조명 브랜치 중 제2 조명 브랜치로 반사시키도록 구성되는, 기판 상의 구조체의 관심 파라미터를 결정하기 위한 방법.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 계측 장치를 포함하는 리소그래피 셀.
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