KR102199133B1

KR102199133B1 - 파면의 가변 정정기

Info

Publication number: KR102199133B1
Application number: KR1020197006190A
Authority: KR
Inventors: 스타니스라프 스미노프; 빗 요하네스 마테우스 마리 더; 테우니스 빌렘 투커르; 아만드 유진 알버트 쿨렌
Original assignee: 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.; 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 2016-08-11
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2021-01-07
Also published as: KR20190034634A; WO2018028971A1; JP2019526826A; TW201809632A; US20180045657A1; TWI672494B; US10852247B2; JP6744984B2

Abstract

광학적 검사 장치로서, 기판 상에 패터닝된 구조체를 측정하도록 구성되는 광학 계측 툴을 포함하고, 상기 광학 계측 툴은, 전자기(EM) 방사선의 빔을 EM 방사선 경로를 따라 지향시키도록 구성되는 EM 방사선 소스; 및 상기 EM 방사선 경로의 부분에 배치되고 EM 방사선의 빔의 파면의 형상을 조절하도록 구성되는 적응형 광학 시스템을 포함하며, 상기 적응형 광학 시스템은, 제 1 비구면 광학 요소; 상기 제 1 비구면 광학 요소에 인접한 제 2 비구면 광학 요소; 및 상기 EM 방사선 경로의 부분의 빔축과 상이한 방향으로 상기 제 1 광학 요소와 상기 제 2 광학 요소 사이의 상대 이동을 초래하도록 구성되는 액츄에이터를 포함하는, 광학적 검사 장치.

Description

파면의 가변 정정기

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2016 년 8 월 11 일에 출원된 미국 가특허출원 번호 제 62/373,734 의 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.

본 발명은, 예를 들어 리소그래피 기술에 의해 디바이스를 제조하는 데에 사용될 수 있는 검사 장치에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)이라고도 불리는 패터닝 장치가 집적회로의 개개의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 패턴은 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어, 다이의 일부, 하나 또는 몇몇 다이들을 포함) 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속적으로 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.

리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC) 및 다른 디바이스의 제조 시에 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)는 디바이스의 각 층에 대응하는 패턴("설계 레이아웃")을 포함하거나 제공하고, 이러한 패턴은 타겟부를 패터닝 디바이스 상의 패턴을 통해 조사하는 것과 같은 방법으로, 방사선-감응 재료("레지스트")의 층으로 코팅된 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟부(예를 들어 하나 이상의 다이를 포함함) 위로 전사될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 리소그래피 장치에 의하여 패턴이 한 번에 하나의 타겟부씩 연속적으로 전달될 복수 개의 인접한 타겟부를 포함한다. 리소그래피 장치의 하나의 타입에서, 패턴은 한 번에 하나의 타겟부 상에 전사되는데, 이러한 장치는 일반적으로 웨이퍼 스테퍼라고 불린다. 일반적으로 스텝-앤-스캔 장치라고 불리는 다른 장치에서는, 기판을 기준 방향에 대해 병렬 또는 역병렬로 이동시키는 것과 동시에 투영 빔은 주어진 기준 방향("스캐닝" 방향)에서 패터닝 디바이스 위를 스캐닝한다. 패터닝 디바이스 상의 패턴의 다른 부분들이 점진적으로 하나의 타겟부로 전사된다. 일반적으로, 리소그래피 장치는 확대 인자 M(일반적으로 < 1)을 가질 것이기 때문에, 기판이 이동되는 속도 F는 인자 M에 빔이 패터닝 디바이스를 스캐닝하는 속도를 곱한 것이 될 것이다.

패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사하기 이전에, 기판은 레지스트 코팅 및 소프트 베이크(soft bake)와 같은 다양한 프로시저를 거칠 수 있다. 노광 이후에, 기판은 노광-후 베이크(post-exposure bake; PEB), 현상, 하드 베이크 및 전사된 패턴의 측정/검사와 같은 다른 프로시저를 거칠 수 있다. 프로시저들의 이러한 어레이는 디바이스, 예를 들어 IC의 각 층을 제작하는 기초로서 사용된다. 그러면, 기판은 모두 디바이스의 각 층을 마감하기 위한 것인, 에칭, 이온-주입(도핑), 금속화(metallization), 산화, 화학-기계적 연마 등과 같은 다양한 프로세스를 거칠 수도 있다. 디바이스 내에 여러 층들이 필요하다면, 전체 프로시저, 또는 그의 변형이 각 층에 대해 반복된다. 결국, 디바이스는 기판 상의 각각의 타겟부에 존재하게 될 것이다. 그러면 이러한 디바이스들은 다이싱 또는 소잉과 같은 기법에 의하여 서로 분리되고, 디바이스들 각각에 캐리어 상 탑재, 핀에 연결 등의 공정이 수행될 수 있다.

언급된 바와 같이, 리소그래피는 IC 및 다른 디바이스의 제조에서 가장 중요한 단계이고, 여기에서 기판 상에 형성된 패턴들은 마이크로프로세서, 메모리 칩 등과 같은 디바이스의 기능 소자를 규정한다. 유사한 리소그래피 기법은 평판 디스플레이, 마이크로-전기 기계 시스템(MEMS) 및 다른 디바이스를 형성하는 데에도 사용된다.

리소그래피 프로세스(즉, 통상적으로 레지스트의 현상 에칭, 등과 같은 하나 이상의 연관된 처리 단계를 포함할 수 있는 리소그래피 노광을 수반하는 디바이스 또는 다른 구조체의 개발 프로세스)에서, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위해서 생산된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 임계 치수(CD)를 측정하기 위하여 흔히 사용되는 스캐닝 전자 현미경, 및 기판의 두 개의 층들의 정렬 정확도인 오버레이를 측정하는 전문 툴과 같이, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴들이 알려져 있다.

다음은 본 발명의 몇 가지 양태의 비망라적인 목록이다. 이러한 양태와 다른 양태가 후속하는 설명에서 기술된다.

일부 양태는, 광학적 검사 장치로서, 기판 상에 패터닝된 구조체를 측정하도록 구성되는 광학 계측 툴을 포함하고, 상기 광학 계측 툴은, 전자기(EM) 방사선의 빔을 EM 방사선 경로를 따라 지향시키도록 구성되는 EM 방사선 소스; 및 상기 EM 방사선 경로의 부분에 배치되고 EM 방사선의 빔의 파면의 형상을 조절하도록 구성되는 적응형 광학 시스템을 포함하며, 상기 적응형 광학 시스템은, 제 1 비구면 광학 요소; 상기 제 1 비구면 광학 요소에 인접한 제 2 비구면 광학 요소; 및 상기 EM 방사선 경로의 부분의 빔축과 상이한 방향으로 상기 제 1 광학 요소와 상기 제 2 광학 요소 사이의 상대 이동을 초래하도록 구성되는 액츄에이터를 포함하는, 광학적 검사 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예들의 특징 및/또는 장점 및 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 예시를 위해 제공될 뿐이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하는 추가적인 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다.

실시예들은 첨부 도면을 참조하여 오직 예시를 통하여 이제 설명될 것이다.
도 1 은 일부 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 개략도이다;
도 2 는 일부 실시예에 따르는 리소그래피 셀 또는 클러스터를 도시하는 개략도이다;
도 3a 는 특정 조명 모드를 제공하는 조명 개구의 제 1 쌍을 사용한, 일부 실시예에 따라 타겟을 측정하는 데에 사용하기 위한 암시야 측정 장치를 도시하는 개략도이다;
도 3b 는 조명의 주어진 방향에 대한 타겟의 회절 스펙트럼을 도시하는 개략도이다;
도 3c 는 회절에 기초한 오버레이 측정을 위해 측정 장치를 사용할 때에 추가적인 조명 모드를 제공하는 조명 개구의 제 2 쌍을 도시하는 개략도이다;
도 3d 는 회절에 기초한 오버레이 측정을 위해 측정 장치를 사용할 때에 추가적인 조명 모드를 제공하는 개구의 제 1 쌍과 제 2 쌍을 결합하는 조명 개구의 제 3 쌍을 도시하는 개략도이다;
도 4a 는 다수의 격자 타겟(예를 들어 다수의 격자)의 형태 및 기판 상의 측정 스폿의 개요를 도시하는 개략도이다;
도 4b 는 도 3 의 장치에서 획득되는 도 4a 의 타겟의 이미지를 도시하는 개략도이다;
도 5a 는 검사 장치에서 사용될 수 있는 공초점 초점 센서 시스템의 일 실시예를 도시하는 개략도이다;
도 5b 는 도 5a 의 센서 시스템으로부터 생성될 수 있는 초점 오차 신호를 나타내는 그래프이다;
도 6 은 전술된 시스템을 통과하는 전자기 방사선에 있는 다양한 수차를 조절하도록 구성되는 적응형 광학 시스템의 부분적인 단면 입면도이다;
도 7 은 도 6 의 시스템의 제 1 방향으로의 이동을 나타내는 부분적인 단면 입면도이다;
도 8 은 도 6 의 시스템의 제 2 방향으로의 이동을 나타내는 부분적인 단면 입면도이다;
도 9 는 도 6 의 시스템의 일부 실시예에서의 광학 요소의 표면의 3-차원의 와이어-프레임 플롯(wire-frame plot)의 사시도이다;
도 10 은 도 9 의 표면의 그레이스케일 토포그래피 맵이다;
도 11 은 도 6 의 시스템 내의 광학 요소 중 하나의 이동과 도 6 의 시스템의 일부 실시예를 통과하는 전자기 방사선에 가해지는 틸트(Z3 제르니케 계수) 및 초점(Z4 제르니케 계수) 변화 사이의 상관을 나타내는 그래프이다;
도 12 는 다른 수차를 조절하면서 틸트의 변화를 완화하도록 구성되는 적응형 광학 시스템의 부분적인 단면 입면도이다;
도 13 은 두 개의 광학 요소가 빔축에 직교하면서 단일 자유도로 두 개의 광학 요소들 사이에서 병진하는, 적응형 광학 시스템의 부분적인 단면 입면도이다;
도 14 는 도 13 의 시스템 내의 광학 요소 양자 모두의 이동과 도 13 의 시스템의 일부 실시예를 통과하는 전자기 방사선에 가해지는 틸트(Z3 제르니케 계수) 및 초점(Z4 제르니케 계수) 변화 사이의 상관을 나타내는 그래프이다;
도 15 는 두 개의 만곡면을 가지는 하나의 광학 요소가 빔축에 직교하여 두 개의 광학 요소들 사이에서 병진하는, 적응형 광학 시스템의 부분적인 단면 입면도이다;
도 16 은 도 6 의 시스템의 일부 실시예에서의 광학 요소의 표면의 3-차원의 와이어-프레임 플롯의 사시도이다;
도 17 은 도 16 의 표면의 그레이스케일 토포그래피 맵이다; 그리고
도 18 은 전술된 실시예 중 일부의 동작 시에 수행되는 프로세스이다.
본 발명이 다양한 변형 및 대안적 형태로 구현될 수 있지만, 본 발명의 특정한 실시예는 예시적으로 도면에 도시되고 본 명세서에서 상세하게 설명될 것이다. 도면은 반드시 척도에 맞게 도시되는 것은 아닐 수 있다. 그러나, 도면 및 그에 대한 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정한 형태로 한정시키려는 의도가 전혀 없으며, 그 반대로 첨부되고 추후에 보정되는 청구범위에 규정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 모든 변형예, 균등물, 및 대체예들을 포함하는 것이 의도된다는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서에서 설명되는 문제점을 완화시키기 위해서, 발명자는 솔루션을 고안하는 것과 일부 경우에는 중요하게도 광학 계측 및 리소그래피 패터닝 분야의 다른 기술자가 간과한(또는 아직 예측하지 못한) 문제점을 인식하는 것 양자 모두를 해야 했다. 사실상, 발명자는, 막 생기고 있으며 산업 분야에서의 트렌드가 발명자가 기대하는 것처럼 계속된다면 장래에는 훨씬 명백해질 문제점들을 인식하기 어렵다는 점을 강조하고자 했다. 더 나아가, 많은 문제점들이 다뤄지기 때문에, 일부 실시예는 문제점에 대한 특이성을 가지며, 모든 실시예가 본 명세서에서 설명되는 통상적인 시스템으로 모든 문제점을 다루거나 본 명세서에서 설명되는 모든 이점을 제공하는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 다시 말하면, 이러한 문제점들의 다양한 변형들을 해결하는 개선법이 후술된다.

흔히, 광학 시스템은 전자기 방사선(예를 들어, 광)의 다양한 수차(예를 들어, 초점 및 후술되는 다른 수차)를 적응시킨다. 많은 경우에, 이러한 수차는 측정 중인 기판의 치수의 변동 또는 프로세스 장비 내의 드리프트를 수용하도록 수정된다. 그러나, 후술되는 바와 같이, 이러한 조절을 위해서는 상대적으로 시간이 많이 소모되고, 장비 쓰루풋 및 프로세스 특징결정(characterization)에서 사용되는 측정의 샘플 크기를 감소시킨다.

EM 방사선의 빔을 적응시키는 데 지연이 생기는 한 가지 이유는 렌즈 및 미러와 같은 광학 요소가 이동하는 데에 걸리는 시간이다. 흔히, 이러한 조절은, 하나의 광학 요소를 빔축에 따라서 다른 것에 더 가깝게 또는 다른 것으로부터 더 멀리 이동되게 함으로써 이루어진다. 이러한 이동은, 상대적으로 정밀한 선형 액츄에이터가 횡단하려면 시간이 걸릴 수 있는 상대적으로 긴 이동 경로를 흔히 수반한다. 그러면 측정들 사이 및 다른 광학적 프로세스들 사이에 큰 지연이 생길 수 있다.

이하 설명되는 일부 실시예는, 많은 통상적인 시스템보다 광학 요소의 이동에 광학적으로 응답성이 높은 적응형 광학 시스템으로 이러한 지연을 완화시킨다. 일부 실시예들에서, 적응형 광학 시스템은(전술된 컴포넌트 대신에 또는 추가적으로) 빔축에 대략 직교하는 방향으로 서로에 대해 이동하는 광학 요소의 쌍을 포함한다. 후술되는 일부 실시예들에서, 광학 요소는 선형 이동을 광학 요소를 통과하는 빔의 다양한 광학 수차의 변동으로 전환시키도록 협동하는 상보적인 비구면 만곡면을 포함한다. 통상적인 시스템과 반대로, 많은 광학 수차에서의 주어진 변동에 대한 이동의 양은 상대적으로 작으며, 따라서 광학 시스템이 상대적으로 고속으로 조절될 것이 기대된다. 일부 실시예들에서, 조절은 100 마이크로초 미만, 예를 들어 10 마이크로초 미만에서 달성될 수 있고, 많은 경우에는 4 마이크로초 정도로 빠르게 달성될 수 있다. 다시 말하면, 여러 독립적으로 유용한 발명들이 기술되기 때문에 모든 실시예들이 이러한 이점을 제공하는 것은 아니고, 이러한 발명들은 공학적 및 비용적인 트레이드오프가 필요한 다양한 다른 목적을 달성하도록 전개될 수 있다.

적응형 광학 시스템의 예는 도 6 내지 도 17 을 참조하여 더 자세하게 설명된다. 그러나, 이러한 실시예들을 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1 은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 이러한 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성되는 조명 시스템(illuminator; IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA))를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 포지셔너(PM)에 연결되는 패터닝 디바이스 지지대 또는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)); 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼(W))을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판을 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 포지셔너(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블(WT)); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.

조명 시스템은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하고, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절형, 반사형, 자기적, 전자기, 정전기 또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.

패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스를, 패터닝 디바이스의 지향, 리소그래피 장치의 설계, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 장치를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 패터닝 디바이스 지지대는 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수도 있다. 본 명세서에서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 장치"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 페이즈 천이 피처(phase shifting feature) 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟부에서의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 타겟부, 예컨대 집적 회로 내에 생성되는 중인 디바이스 내의 특정한 기능성 층에 대응할 것이다.

패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수도 있다. 패터닝 장치의 예는 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 및 프로그램가능(LCD) 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에 잘 알려져 있으며, 이진, 교번 위상-시프트, 감쇄 위상-시프트, 및 다양한 하이브리드 마스크 타입과 같은 마스크 타입을 포함한다. 프로그램가능 미러 어레이의 일 예는 소형 미러들의 매트릭스 정렬을 채용하는데, 이들 각각은 인입하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사하기 위하여 개별적으로 틸팅될 수 있다. 틸팅된 미러는 미러 매트릭스에 의하여 반사된 방사선 빔 내에 패턴을 부여한다.

도시된 것처럼, 장치는 투과형이다(예를 들어, 투과형 마스크를 채용). 또는, 장치는 반사형 타입(예를 들어 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능 미러 어레이를 채용하거나, 반사 마스크를 채용함)일 수도 있다.

리소그래피 장치는 또한, 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있다. 침지액은 또한 예컨대 마스크 및 투영 시스템 사이와 같은 리소그래피 장치 내의 다른 공간에도 도포될 수 있다. 액침 기법은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위하여 당업계에 주지된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "침지"라는 용어는, 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨져야 하는 것을 의미하지 않고, 그보다는 노광 동안에 투영 시스템과 기판 사이에 액체가 위치된다는 것을 의미한다.

도 1 을 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 빔을 방사원(SO)으로부터 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스가 엑시머 레이저인 경우, 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 엔티티일 수 있다. 이러한 경우에, 소스는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사선 소스가 수은 램프인 경우에, 이러한 소스는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수 있다. 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요할 경우 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고 지칭될 수도 있다.

조명기(IL)는 방사선 빔의 각도(angular) 및/또는 공간 세기 분포(intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기(IL)의 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 σ-외측 및 σ-내측이라 함)는 조절될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator; IN) 및 집광기(condenser; CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 조명기는 방사선 빔이 자신의 단면에서 원하는 균일성 및 세기 분포를 가지도록 컨디셔닝하기 위하여 사용될 수 있다.

방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA))를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭측정 측정 디바이스, 선형 인코더, 2-D 인코더 또는 용량성 센서)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부들(C)을 위치설정하기 위하여, 기판 테이블(WT)이 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1 에는 명확하게 묘사되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다.

패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P₁, P₂)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간(이들은 스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수도 있다. 마찬가지로, 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA))에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다. 작은 정렬 마커들도 역시 다이에, 그리고 디바이스 피쳐들 사이에 포함될 수 있는데, 이러한 경우 마커는 가능한 한 작고 인접한 피쳐에 비하여 임의의 다른 이미징 또는 프로세스 조건을 요구하지 않는 것이 바람직하다. 정렬 마커를 검출할 수 있는 정렬 시스템의 실시예가 상세히 후술된다.

도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:

1. 스텝 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT)) 및 기판 테이블(WTa)이 본질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 방사선 빔에 부여된 전체 패턴이 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 그러면, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판 테이블(WTa)이 X 방향 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서는, 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WTa)이 동기되어 스캐닝되는 동안, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT))에 상대적인 기판 테이블(WTa)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기가 단일 동적 노광 시의 타겟부의 폭(스캐닝되지 않는 방향으로의)을 한정하는 한편, 스캐닝 모션의 길이는 타겟부의 높이(스캐닝 방향으로의)를 결정한다.

3. 다른 모드에서, 프로그램가능 패터닝 디바이스를 홀딩하면서 패터닝 디바이스 지지대(예를 들어, 마스크 테이블(MT))는 본질적으로 정지 상태로 유지되고, 기판 테이블(WTa)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟 영역(C) 상에 투영되는 동안에 이동되거나 스캐닝된다. 이러한 모드에서, 일반적으로 펄스화된(pulsed) 방사선 소스가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 요구될 때, 기판 테이블(WTa)의 각 이동 이후에 또는 스캔 도중의 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 업데이트된다. 동작의 이러한 모드는 위에서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 미러 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.

리소그래피 장치(LA)는 두 개의 테이블(WTa, WTb)과 그들 사이에서 테이블이 교환될 수 있는 두 개의 스테이션 - 노광 스테이션 및 측정 스테이션 - 을 가지는, 소위 듀얼 스테이지 타입이다. 예를 들어, 하나의 테이블에 있는 하나의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안, 다른 기판은 측정 스테이션에 있는 다른 기판 테이블에 로딩될 수 있고, 다양한 준비 단계들이 수행될 수 있다. 준비 단계는 레벨 센서(LS)를 사용하여 기판의 표면 제어를 매핑하는 것과 정렬 센서(AS)를 사용하여 기판 상의 정렬 마커의 위치를 측정하는 것을 포함할 수도 있고, 양자의 센서는 레퍼런스 프레임(RF)에 의해 지지된다. 어떤 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 해당 테이블의 위치를 위치 센서(IF)가 측정할 수 없다면, 이러한 스테이션 양자 모두에서의 테이블의 위치를 측정할 수 있도록 제 2 위치 센서가 제공될 수 있다. 다른 예로서, 하나의 테이블 상의 기판이 노광 스테이션에서 노광되는 동안에, 기판이 없는 다른 테이블은 측정 스테이션(여기서는 측정 활동이 선택적으로 발생될 수 있음)에서 대기한다. 이러한 다른 테이블은 하나 이상의 측정 디바이스를 가지고, 또는 다른 툴(예를 들어, 세척 장치)을 가질 수 있다. 기판에 노광이 완료되면, 기판이 없는 테이블이 노광 스테이션으로 이동하여 예를 들어 측정을 수행하고, 기판이 있는 테이블은 기판이 언로딩되고 다른 기판이 로딩되는 위치(예를 들어, 측정 스테이션)로 이동한다. 이와 같은 다중-테이블 구성은 장치의 쓰루풋을 크게 증가시킬 수 있다.

도 2 에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 리소클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성하고, 이는 또한 기판 상에서 하나 이상의 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 증착하기 위한 하나 이상의 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 하나 이상의 현상기(DE), 하나 이상의 칠 플레이트(chill plate; CH), 및 하나 이상의 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이것을 상이한 프로세스 디바이스들 사이에서 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 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 노광된 기판을 검사하여 후속층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 동일 배치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광되기에 충분한 정도로 검사가 곧바로 신속하게 행해질 수 있으면, 하나 이상의 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 스트리핑되고 재작업(rework) 되거나(수율을 개선하기 위함) 폐기되어, 이를 통하여 오류가 있는 것으로 알려진 기판에 노광을 수행하는 것을 회피할 수도 있다. 기판의 일부 타겟 영역에만 오류가 있는 경우, 양호한 것으로 간주되는 타겟 영역에만 추가의 노광이 수행될 수 있다. 오류를 보상하기 위해서 후속 프로세스 단계의 설정을 적응하는 것도 가능한데, 예를 들어 리소그래피 프로세스 단계로부터 초래되는 기판-기판 CD 변동을 보상하기 위해서 트리밍 에칭 단계의 시간이 조절될 수 있다.

기판의 하나 이상의 특성, 및 구체적으로 상이한 기판들의 하나 이상의 특성 또는 동일 기판의 상이한 층들의 특성이 층에 따라 및/또는 기판에 걸쳐서 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 검사 장치가 사용된다. 검사 장치는 리소그래피 장치(LA) 또는 리소셀(LC)에 통합될 수도 있고, 또는 독립형 장치일 수도 있다. 가장 신속한 측정을 할 수 있기 위해서는, 검사 장치가 노광 직후에 노광된 레지스트 층에서 하나 이상의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 레지스트 내의 잠상(latent image)이 매우 낮은 콘트라스트를 가지며 - 이 경우 방사선에 노광된 레지스트의 부분과 방사선에 노광되지 않은 부분 간에 단지 매우 작은 굴절률차가 있음 - 모든 검사 장치가 잠상의 유용한 측정을 행하기에 충분한 감도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 통상적으로 노광된 기판에 대해 수행되는 첫 번째 단계이고, 레지스트의 노광된 부분과 노광되지 않은 부분 간의 콘트라스트를 증가시키는 단계인, 노광 후 베이크 단계(post-exposure bake step, PEB) 후에 측정이 이루어질 수 있다. 이 스테이지에서, 레지스트 내의 이미지는 반잠상(semi-latent)으로 지칭될 수 있다. 또한, 에칭과 같은 패턴 전사 단계 후에, 현상된 레지스트 이미지의 측정을 행하는 것도 가능하며, 그 시점에서 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분 중의 하나가 제거된다. 후자의 가능성은 오류가 있는 기판의 재작업에 대한 가능성은 제한하지만, 예를 들어 프로세스 제어를 위해 유용한 정보를 여전히 제공할 수 있다.

종래의 산란계에 의해 사용되는 타겟은 상대적으로 큰 주기 구조체 레이아웃(예를 들어, 하나 이상의 격자를 포함함), 예를 들어 40 μm X 40 μm을 포함한다. 그 경우, 측정 빔은 흔히 주기적 구조체 레이아웃 보다 작은 스폿 크기를 가진다(즉, 레이아웃이 언더필되어 주기적 구조체 중 하나 이상이 스폿에 의해 완전히 덮이지 않게 된다). 이를 통하여 타겟이 무한 개인 것처럼 간주될 수 있도록 타겟을 수학적으로 용이하게 재구성할 수 있다. 그러나, 이러한 타겟이 예를 들어 스크라이브 레인 안이 아닌 제품 피쳐들 사이에 위치될 수 있기 때문에, 타겟의 크기는, 예를 들어 20 μm X 20 μm 이하, 또는 10 μm X 10 μm 이하까지 감소되었다. 이러한 상황에서, 주기적 구조체 레이아웃은 측정 스폿보다 작게 만들어질 수 있다(즉, 주기적 구조체 레이아웃은 오버필된다). 통상적으로 이러한 타겟은, 회절의 0차(거울 반사(specular reflection)에 대응)가 차단되고 더 높은 차수들만이 처리되는 암시야 산란측정을 사용하여 측정된다. 암시야 계측의 예들은 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279 에서 발견될 수 있는데, 이들은 그 전부가 원용에 의해 본 명세서에 통합된다. 이러한 기법의 추가적인 개발예는 미국 특허 출원 공개 번호 US2011-0027704, US2011-0043791 및 US2012-0242970 에서 설명된 바 있는데, 이들은 그 전부가 원용에 의해 본 명세서에 통합된다. 회절 차수의 암-시야 검출을 사용하는 회절-기초 오버레이가 더 작은 타겟에 대한 오버레이 측정을 가능하게 한다. 이러한 타겟은 조명 스폿 보다 더 작을 수 있고, 기판 상의 제품 구조체에 의하여 둘러싸일 수도 있다. 일 실시예에서, 하나의 이미지에서 다수의 타겟이 측정될 수 있다.

일 실시예에서, 기판 상의 타겟은 하나 이상의 1-D 주기적 격자를 포함할 수 있는데, 이들은 현상 후에 바(bar)가 고상의 레지스트 라인(solid resist line)으로 형성되도록 프린트된다. 일 실시예에서 타겟은 하나 이상의 2-D 격자를 포함할 수 있는데, 이들은 현상 후에 하나 이상의 격자가 고상 레지스트 필러(solid resist pillar) 또는 레지스트 내의 비아(via)로 형성되도록 프린트된다. 바, 필러 또는 비아는 이와 달리 기판 내로 에칭될 수도 있다. 격자의 패턴은 리소그래피 투영 장치, 특히 투영 시스템(PL)에서의 색수차(chromatic aberration)에 민감하며, 그리고 조명 대칭성 및 이러한 수차의 존재는 프린트된 격자에서의 변동(variation)에서 명백하게 드러날 것이다. 이에 따라, 프린트된 격자의 측정된 데이터가 격자를 재구성하는데 이용될 수 있다. 인쇄 단계 및/또는 다른 측정 프로세스의 지식으로부터, 라인 폭 및 라인 형상과 같은 1-D 격자의 파라미터 또는 필러 또는 비아의 폭, 길이 또는 형상과 같은 2-D 격자의 파라미터가 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 재구성 프로세스에 입력될 수 있다.

실시예에서 사용하기에 적합한 암시야 계측 장치가 도 3a 에 도시된다. 타겟(T)(격자와 같은 주기적 구조체를 포함함) 및 회절된 광선들은 도 3b 에 좀 더 상세히 표시된다. 암시야 측정 장치는 독립형 디바이스이거나, 예를 들어 측정 스테이션에서, 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치에 걸쳐서 여러 브랜치를 가지는 광축이 점선 O로 표현된다. 이러한 장치에서, 출력부(11)(예를 들어, 레이저 또는 제논 램프와 같은 소스 또는 소스에 연결된 개구부)에 의하여 방출된 방사선은 렌즈(12, 14) 및 대물 렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의하여 프리즘(15)을 통해 기판(W)으로 지향된다. 이러한 렌즈들은 4F 배치구성(4F arrangement)의 이중 시퀀스로 배치된다. 기판 이미지를 검출기 상에 제공하는 한, 그 외의 렌즈 장치들도 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 렌즈 장치는 공간적-주파수 필터링을 위해 중간 퓨필-평면에 액세스하는 것을 허용한다. 그러므로, 방사선이 기판에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 공액(conjugate) 퓨필 평면이라고 불리는 기판 평면의 공간적 스펙트럼을 제공하는 평면에서의 공간적 세기 분포를 정의함으로써 선택될 수 있다. 특히, 예를 들어 이것은 대물 퓨필 평면의 후방-투영된(back-projected) 이미지인 평면에, 렌즈들(12 및 14) 사이에 적합한 형태의 개구 디바이스(13)를 삽입함으로써 수행될 수 있다. 예시된 예에서, 개구 디바이스(13)는, 다른 조명 모드가 선택되게 하는 13N 및 13S 라고 명명되는 다른 형태들을 가진다. 이러한 예에서 조명 시스템은 오프-축 조명 모드를 형성한다. 제 1 조명 모드에서, 개구 디바이스(13N)는, 오직 설명의 편의를 위해서 '북쪽'이라고 지정되는 방향으로부터 오프-축 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 개구 디바이스(13S)는 유사하지만 '남쪽'이라고 명명되는 방향으로부터 오는 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 다른 개구를 사용하면 조명의 다른 모드들도 가능해진다. 퓨필 평면의 나머지는 어두운 것이 바람직한데, 이것은 원하는 조명 모드 외부의 임의의 불필요한 방사선이 원하는 측정 신호와 간섭을 일으킬 수 있기 때문이다.

도 3b 에 도시된 바와 같이, 타겟(T)은 대물 렌즈(16)의 광축(O)에 실질적으로 수직인 기판(W)과 함께 배치된다. 축(O)에서 벗어난 각도로부터 타겟(T)에 충돌하는 조명(I)의 광선은 0차 광선(실선 0) 및 두 개의 1차 광선(일점쇄선 +1 및 이점쇄선 -1)이 발생되게 한다. 오버필된 소타겟(T)의 경우에, 이러한 광선들은 계측 타겟(T) 및 다른 피쳐를 포함하는 기판의 영역을 커버하는 많은 평행 광선들 중 단지 하나일 뿐이다. 디바이스(13)에 있는 개구가 유한한 폭(방사선의 유용한 양을 허락하기에 필요한 폭)을 가지기 때문에, 입사광선(I)은 사실상 각도의 일정한 범위를 점유할 것이고, 회절된 광선 0 및 +1/-1 은 어느 정도 확산될 것이다. 소타겟의 점확산 함수에 따라서, 각각의 차수 +1 및 -1 은 도시된 바와 같은 단일한 이상적인 광선이 아니라 각도의 일정 범위에 걸쳐 더 넓게 확산될 것이다. 대물 렌즈에 진입하는 1차 광선이 중앙 광축과 가깝게 정렬되도록 주기적 구조체 피치 및 조명 각도가 설계되거나 조절될 수 있다는 점에 주의한다. 도 3a 및 도 3b 에 예시된 광선들은 다소 오프 축이어서 도면에서 더 쉽게 구별될 수 있게 도시된다.

기판(W) 상의 타겟에 의하여 회전된 것 중 적어도 0 및 +1 차 광선들은 대물 렌즈(16)에 의하여 수집되고 다시 프리즘(15)으로 지향된다. 도 3a 를 참조하면, 제 1 및 제 2 조명 모드 모두는 북쪽(N) 및 남쪽(S)이라고 명명된 서로 반대인 개구를 지정함으로써 예시된다. 입사광선(I)이 광축의 북쪽으로부터 입사하는 경우, 즉 제 1 조명 모드가 개구 디바이스(13N)를 사용하여 적용되면, +1(N) 이라고 명명된 +1 차 회절 광선이 대물 렌즈(16)에 입사한다. 이에 반해, 제 2 조명 모드가 개구 디바이스(13S)를 사용하면 적용되는 경우, -1 회절 광선(-1(S)라고 명명됨)이 렌즈(16)에 진입한다. 따라서, 일 실시예에서, 측정 결과들은, 예를 들어 -1 번째와 +1 번째 회절 차수 세기를 개별적으로 획득하도록 타겟을 회전시키거나 조명 또는 이미징 모드를 변경시킨 이후에, 타겟을 특정 조건에서 두 번 측정함으로써 획득된다. 주어진 타겟에 대하여 이러한 강도들을 비교하면 타겟에서의 비대칭의 측정이 제공되고, 타겟에서의 비대칭성이 리소그래피 프로세스의 파라미터, 예를 들어 오버레이 오차의 표시자로서 사용될 수 있다. 전술된 상황에서, 조명 모드가 변경된다.

빔 분할기(17)는 회절된 빔을 두 개의 측정 브랜치를 향해 분할한다. 제 1 측정 브랜치에서, 광학 시스템(18)은 0차와 1차 회절빔을 사용하여 제 1 센서(19)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟의 회절 스펙트럼(퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각각의 회절 차수는 센서 상의 다른 포인트에 도달하여, 이미지 처리를 통하여 차수를 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의하여 캡쳐된 동공 평면 이미지는 계측 장치를 포커싱하는 것 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하기 위하여 사용될 수 있다. 또한 재구성과 같은 많은 측정 목적을 위하여 퓨필 평면 이미지가 사용될 수 있는데, 이것은 본 명세서에서는 상세히 설명되지 않는다.

제 2 측정 브랜치에서, 광학 시스템(20, 22)은 기판(W) 상의 타겟의 이미지를 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)에 형성한다. 제 2 측정 브랜치에서, 구경 조리개(aperture stop; 21)가 동공-평면에 대하여 켤레인 평면에 제공된다. 구경 조리개(21)는 0차 회절빔을 차단하여 센서(23)에 형성된 타겟의 이미지(DF)가 -1 또는 +1 일차 빔에 의해서 형성되게 하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의하여 캡쳐된 이미지는 프로세서 및 제어기(PU)로 출력되고, 이들의 기능은 수행되는 특정 타입의 측정에 따라서 달라질 것이다. '이미지'라는 용어는 본 명세서에서 광의로 사용된다는 것에 주의한다. 이와 같은 주기적 구조체 피쳐(예를 들어 격자 라인)의 이미지는, -1 및 +1 차수 중 오직 하나만 존재할 경우에는 형성되지 않을 것이다.

도 3 에 도시되는 개구 디바이스(13) 및 조리개(21)의 특정 형태들은 순전히 예일 뿐이다. 다른 실시예에서, 타겟의 온-축 조명이 사용되며, 오프-축 개구를 가지는 구경 조리개가 회절된 방사선의 오직 하나의 1차 광만을 센서로 실질적으로 전달하도록 사용된다. 또 다른 실시예에서, 2차, 3차 및 더 고차인 빔(도 3 에는 미도시)이 1차 빔 대신에 또는 이에 추가하여 측정에 사용될 수 있다.

조명이 이러한 다른 타입의 측정에 대해 적응될 수 있게 하기 위해서, 개구 디바이스(13)는 원하는 패턴이 나타나도록 회전하는 디스크 주위에 형성되는 다수 개의 개구 패턴을 포함할 수도 있다. 개구 디바이스(13N 또는 13S)가 하나의 방향(셋-업에 따라 X 또는 Y)으로 지향된 타겟의 주기적 구조체를 측정하기 위해서 사용된다는 점에 주의한다. 직교 주기적 구조체를 측정하기 위해서, 타겟이 90° 및 270°만큼 회전되는 방식이 구현될 수 있다. 그 외의 개구 디바이스들이 도 3c 및 도 3d 에 도시된다. 도 3c 는 두 개의 추가적 타입의 오프-축 조명 모드를 예시한다. 도 3c 의 제 1 조명 모드에서, 개구 디바이스(13E)는, 오직 설명의 편의를 위해서 전술된 '북쪽'에 대해 '동쪽'이라고 지정되는 방향으로부터 오프-축 조명을 제공한다. 도 3c 의 제 2 조명 모드에서, 개구 디바이스(13W)는 유사하지만 '서쪽'이라고 명명되는 방향으로부터 오는 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 도 3d 는 두 개의 추가적 타입의 오프-축 조명 모드를 예시한다. 도 3d 의 제 1 조명 모드에서, 개구 디바이스(13NW)는 전술된 바와 같이 '북쪽' 및 '서쪽' 이라고 지정된 방향들로부터 오프-축 조명을 제공한다. 제 2 조명 모드에서, 개구 디바이스(13SE)는 유사하지만 전술된 바와 같은 '남쪽' 및 '동쪽'이라고 명명되는 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 장치의 이러한 사용법과 수많은 다른 변형예와 적용예들은, 예를 들어 전술된 이미 공개된 특허 출원 공개 문헌들에 기술되어 있다.

도 4a 는 기판(W) 상에 형성되는 예시적인 복합 계측 타겟을 도시한다. 복합 타겟은 서로 가까이 위치된 4 개의 주기적 구조체(이러한 경우는 격자(32, 33, 34, 35))를 포함한다. 일 실시예에서, 주기적 구조체는 그들 모두가 계측 장치의 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 놓이도록 서로 충분히 가깝게 위치된다. 이러한 경우, 4 개의 주기적 구조체는 모두 동시에 조명되고 센서(19 및 23)에 동시에 결상된다. 오버레이 측정에 특유한 일 예에서, 주기적 구조체(32, 33, 34, 35) 자체는 오버라이하는 주기적 구조체들에 의해 형성되는 복합 주기적 구조체(예를 들어, 복합 격자)이고, 즉, 주기적 구조체들은 기판(W) 상에 형성된 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되어 하나의 층에 있는 적어도 하나의 주기적 구조체가 다른 층에 있는 적어도 하나의 주기적 구조체에 오버레이하게 된다. 이러한 타겟은 20 ㅅm x 20 ㅅm 내 또는 16 ㅅm x 16 ㅅm 내의 외부 치수를 가질 수 있다. 더 나아가, 주기적 구조체들 모두는 층들의 특정 쌍 사이의 오버레이를 측정하기 위하여 사용된다. 타겟이 층들의 둘 이상의 쌍을 측정할 수 있게 하려면, 복합 주기적 구조체들의 상이한 부분들이 형성되는 상이한 층들 사이의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위해서 주기적 구조체(32, 33, 34, 35)는 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수 있다. 따라서, 기판 상의 타겟에 대한 주기적 구조체들 모두는 층들의 하나의 쌍을 측정하기 위하여 사용될 것이고, 기판 상의 다른 동일한 타겟에 대한 주기적 구조체들 모두는 층들의 다른 쌍을 측정하기 위하여 사용될 것이며, 상이한 바이어스는 층 쌍들을 구별하기 쉽게 한다.

다시 도 4a 로 돌아가면, 주기 구조체(32, 33, 34, 35)는 인입하는 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절시키도록, 도시된 것처럼 배향도 다를 수 있다. 일 예에서, 주기 구조체(32 및 34)는 +d, -d, 각각의 바이어스를 가지는 X-방향 주기 구조체들이다. 주기 구조체(33 및 35)는 각각 오프셋 +d 및 -d인 Y-방향 주기 구조체들일 수 있다. 4 개의 주기 구조체가 예시되는 반면에, 다른 실시예는 원하는 정확도를 얻기 위해 더 큰 매트릭스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 9개의 복합 주기 구조체의 3 x 3 어레이는 바이어스 -4d, -3d, -2d, -d, 0, +d, +2d, +3d, +4d를 가질 수도 있다. 이러한 주기적 구조체들의 개별 이미지는 센서(23)에 의하여 캡쳐된 이미지에서 식별될 수 있다.

도 4b 는 도 3 의 장치에 있는 도 4a 의 타겟을 사용하고, 도 3d 의 개구 디바이스(13NW 또는 13SE)를 사용하여 센서(23)에 형성되고 센서에 의하여 검출될 수 있는 이미지의 일 예를 도시한다. 센서(19)는 개개의 다른 주기적 구조체(32 내지 35)들을 분해할 수 없는 반면에, 센서(23)는 가능하다. 어두운 사각형은 센서 상의 이미지의 필드이고, 그 안에서 기판 상의 조명된 스폿(31)이 대응하는 원형 영역(41)으로 이미징된다. 이러한 경우, 직사각형 영역(42 내지 45)은 주기적 구조체(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 만일 주기적 구조체들이 제품 영역에 위치된다면, 제품 피쳐도 역시 이러한 이미지 필드의 주위에서 보여질 수 있다. 프로세서 및 제어기(PU)는 패턴 인식을 사용하여 이러한 이미지를 처리하여 주기적 구조체(32 내지 35)의 별개의 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이러한 방식으로, 이미지는 센서 프레임 내의 특정한 위치에서 매우 정밀하게 정렬될 필요가 없으며, 이것이 측정 장치 전체의 쓰루풋을 크게 개선시킨다.

주기적 구조체들의 개별 이미지가 식별되면, 예를 들어 식별된 영역 내의 선택된 픽셀 세기 값을 평균화하거나 합산함으로써 그러한 개별 이미지의 세기가 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 속성이 서로 비교될 수 있다. 이러한 결과는 리소그래피 프로세스의 다른 파라미터를 측정하도록 결합될 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 파라미터의 하나의 예이다.

타겟의 측정 정확도 및/또는 감도는 타겟 상에 제공되는 방사선의 빔의 하나 이상의 특성, 예를 들어 방사선 빔의 파장, 방사선 빔의 편광, 및/또는 방사선 빔의 세기 분포(즉, 각도 또는 공간적 세기 분포)에 대해서 변할 수 있다. 일 실시예에서, 방사선 빔의 파장 범위는 소정 범위 중에서 선택된 하나 이상의 파장(예를 들어, 약 400 nm 내지 900 nm의 범위 중에서 선택됨)으로 한정된다. 더 나아가, 예를 들어 복수 개의 상이한 개구를 사용하면 방사선 빔의 상이한 편광의 셀렉션이 제공될 수 있고 다양한 조명 형상이 제공될 수 있다.

더 나아가, 정확한 측정치(예를 들어, CD, 오버레이, 등의 측정치)를 얻으려면, 적어도 기판 상의 타겟 구조체는 검사 장치(예를 들어, 계측 장치)의 대물 렌즈의 초점면에, 또는 그 근처에 위치되어야 한다. 위에서 논의된 바와 같이, 이것은, 광학 시스템의 초점을 변경함으로써 및/또는 기판과 초점 사이에 상대 이동을 제공함으로써(예를 들어, 기판, 광학 시스템의 적어도 일부, 또는 양자 모두를 이동시켜서) 타겟 구조체를 포커싱함으로써 이루어질 수 있다.

일 실시예에서, 초점 제어를 제공하려면, 공초점 광학 시스템이 있는 초점 센서 시스템이 검사 장치(예를 들어, 오버레이 및/또는 CD 측정 장치) 및/또는 리소그래피 장치에서 사용될 수 있다. 초점 센서 시스템은 기판이 인포커스인 것으로 보장하기 위하여 제어 루프의 일부로서 사용될 수 있는 초점 오차 신호를 생성할 수 있다. 공초점 광학 시스템이 있는 초점 센서 시스템의 일 예가 도 5a 에 도시된다. 이러한 시스템에서, 방사선은 입력부(500)(예를 들어, 방사선 소스)에 의해서 조명 시야 조리개(505)를 향해 제공된다. 조리개(505)로부터, 방사선은 집광 렌즈(510)를 통과해 광학 요소(예를 들어, 빔 스플리터)(515)로 향하고, 이러한 광학 요소는 빔을 대물 렌즈(520)를 향해 지향시킨다. 방사선은 대물 렌즈(520)로부터 기판(525)으로 출력된다. 기판(525)에 의해 재지향된 방사선은 대물 렌즈(520) 및 선택적으로 광학 요소(515)를 통과하여 검출 브랜치에 있는 빔 스플리터(530)로 간다. 빔의 일부는 개구(535)로 제공되고, 다른 부분은 개구(540)로 제공된다. 일 실시예에서, 개구(535, 540)는, 예를 들어 각각의 플레이트 내에 제공된 핀홀 개구이다. 일 실시예에서, 개구(535, 540) 중 하나는 빔 스플리터(530)의 빔분할면으로부터 다른 개구(535, 540)와 다른 거리에 잇다. 개구(535, 540) 각각에는 각각의 검출기(545, 550)가 연관되어 각각의 개구(535, 540)로부터 오는 방사선의 각각의 부분을 수광한다. 일 실시예에서, 검출기는 광검출기이다.

일 실시예에서, 도 5a 의 시스템은 기판에 대한 초점 오차 신호를, 예를 들어 개구(535) 및 검출기(545)의 조합으로부터의 신호(560), 및, 예를 들어 개구(540) 및 검출기(550)의 조합으로부터의 신호(570)를 사용하여 생성한다. 일 실시예에서, 신호(570)는 도 5b 에 도시된 바와 같이 신호(560)로부터 감사되어 기판에 대한 초점 오차 신호(580)를 생성한다.

검사 장치 내의 이러한 구성의 문제점은, 초점 스폿(기판을 검사 장치의 초점에 맞게 유지함)이 기판을 검사 또는 측정하기 위해 사용되는 검사 장치의 검사 브랜치에 의해 제공되는 측정 스폿(이러한 스폿은 도 5 에는 도시되지 않음)과 중첩할 수 있다는 것이다. 이러한 중첩은 포커싱 및 검사 동작 / 브랜치가 동시에 동작하는 것을 방해할 수 있다. 일 실시예에서, 스펙트럼 분리 및 간섭 필터를 사용하면 동시 사용이 이루어질 수 있지만, 그럴 경우 검사를 위해 사용되는 파장 범위와 같은 하나 이상의 추가적 제한이 생길 수 있다.

따라서, 일 실시예에서, 예를 들어 정확도 및/또는 측정 감도를 개선하고 및/또는 검사 장치(예를 들어, 오버레이 및/또는 CD 측정 장치)에 대한 스펙트럼 동작 범위를 개선하는 것을 가능하게 하는 개선된 포커싱 장치 및/또는 검사 장치용 방법이 제공된다.

도 6 은 본 명세서에서 설명되는 다양한 광학적 기구에서 사용되기에 적합하며, 패터닝 프로세스의 특성을 결정하기 위한 산란측정 툴 및 암시야 측정 툴과 같은 전술된 광학 계측 툴을 포함하는 적응형 광학 시스템(600)의 일 예의 부분적인 단면 입면도이다.

일부 실시예들에서, 적응형 광학 시스템(600)은, 전술된 광학 기구의 조명 경로를 통과하는 전자기 방사선과 같은 전자기(EM) 방사선의 다양한 수차를 제어 또는 수정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, EM 방사선은 광 방사선, 예를 들어 675-786nm의 스펙트럼 대역(또는 더 넓은 범위 또는 다른 범위)(예를 들어, 이러한 대역 내의 80%이상, 즉 이러한 대역 내의 99% 이상) 내의 시준된 광 방사선이다.

후술되는 다양한 컴포넌트의 구성에 따라서, 적응형 광학 시스템(600)으로써 다양한 상이한 수차가 수정될 수 있다. 일부 경우에, 적응형 광학 시스템(600)은 이러한 수차를 수정하여, 광학 기구 또는 이러한 광학 기구로 조명되는 기판 중 어느 하나에 있는 변동을 수용할 수 있다. 이러한 변동의 예에는 스테이징 장비에서의 변동, 기판의 평면성의 변동, 열변동을 통한 광학 요소의 변형 등이 있다. 일부 실시예들에서, 적응형 광학 시스템(600)은 구성에 따라서 색수차, 단색 수차, 또는 양자 모두를 조절가능하게 변경할 수 있다.

일부 실시예들에서, 적응형 광학 시스템(600)은 일부 통상적인 기법과 비교할 때 상대적으로 신속하게 다양한 수차를 수정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적응형 광학 시스템의 컴포넌트는 다양한 컴포넌트의 이동(예를 들어, 위치 또는 배향의 변화)에 대해서, 하나 이상의 광학 수차에 상대적으로 높은 변동성(derivative of change)을 가질 수 있다. 결과적으로, 상대적으로 작은 고속 이동에 의해서 다양한 수차에 요구되는 수정이 상대적으로 신속하게 도입될 수 있다. 결과적으로, 일부 경우에, 프로세스 변동에 대한 실시간 조절이 가능해져서, 높은 쓰루풋 및 기판의 상대적으로 정확한 처리가 가능해질 수 있다. 비록 본 명세서에서 설명되는 다양한 피쳐가 다른 목적을 위해 구현될 수 있기 때문에 모든 실시예들이 이러한 이점을 가져오지는 않고, 다양한 독립적으로 유용한 발명들이 설명되며 이러한 발명 각각이 상이한 이점들을 제공하지만, 예를 들어 더 빠른 응답에 의해 얻어지는 시간은 조절 과정에서 추가적인 정제(refinement)에 의해 사용되어 통상적인 시스템과 동일한 시간 내에 더 정확한 측정치가 얻어질 수 있다는 점에 주의해야 한다.

일부 실시예들에서, 적응형 광학 시스템(600)은 광학 어셈블리(602)(빔축(610) 및 이동축(612) 양자 모두에 수직으로 중심점을 통과하는 단면으로 도시됨), 액츄에이터(605), 센서(607), 및 제어기(608)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이러한 컴포넌트는 광학 어셈블리(602)를 통과하는 전자기 방사선의 빔 내의 다양한 광학 수차의 피드백 또는 피드포워드 제어를 실시하도록 동작할 수 있다.

일부 실시예들에서, 광학 어셈블리(602)는 두 개의 광학 요소(604 및 606)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 광학 요소(604 및 606)는 도 9 내지 도 12 를 참조하여 후술되는 것들과 유사한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 요소(604 및 606) 각각은 광학 등급 유리와 같이 투명 재료로 이루어진 모놀리식 보디일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 요소(604 및 606) 각각은 광학 어셈블리(602)를 통과하는 EM 방사선의 파의 위상 표면(phase surface)의 형상을 조절하도록 구성되는 위상 플레이트일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 요소(604 및 606) 각각은 서로에 대해서 동일한 형상을 가지는 렌즈일 수 있다.

광학 요소(604 및 606)는 광학 어셈블리(602) 내에 상이한 배향으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 광학 요소(606)는 광학 요소(604)에 인접하게 위치되고 광학 어셈블리(602)를 통과하는 EM 방사선의 빔의 빔축(610) 중심으로 180°(예를 들어, 이 값에서 플러스 또는 마이너스 10 퍼센트 내에서) 회전될 수 있고, 광학 어셈블리(602)에 의해 수정되는 다양한 수차를 가진다. 빔은 조명 경로의 일부일 수 있고, 예를 들어 도 1 내지 도 5 를 참조하여 전술된, 기판과 경로 내의 다른 업-빔 컴포넌트들 사이를 포함하는 조명 경로 내의 구조체들의 다양한 쌍들 사이의 세그먼트 일 수 있다.

예시된 구성에서, 광학 요소(604 및 606)는 서로에 대해 정렬되지만, 동작 시에는 광학 요소(604 또는 606)는 다른 광학 요소가 정지 상태를 유지하는 동안에 축(612)을 따라 이동할 수 있다(이를 통하여 광학 요소들 사이의 상대 이동이 도입됨). 정렬된 포지션에서(예를 들어, 그들의 이동 범위의 10% 내에서 정렬되거나 정확하게 정렬됨), 광학 요소(606 및 604)는 빔축(610)의 방향으로 거리(614)만큼 서로로부터 오프셋될 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리(614)는 대략 5 내지 100 마이크론이어서, 광학 요소의 병진을 여전히 허용하면서도 갭을 상대적으로 작게 유지할 수 있다.

그렇지 않다고 표시되지 않으면, 기하학적 기술자(공간적인 속성들의 수학적 기술자를 포함함)는 실질적으로 대응하는 구조체를 망라하는 것으로 이해되어야 하고(예를 들어, "평행"이란 기술자는 "실질적으로 평행"을 망라함), "정확한"이라는 수식어는 이러한 변이가 참조되지 않고 있는 경우에 사용될 것이다(예를 들어, "정확하게 평행"). 실질적 대응성의 범위는 사용 사례가 주어지면 당업자들에게 명백하게 이해될 것이지만, 이러한 범위가 명백하지 않은 경우 10%의 변동 범위가 추정되어야 한다. 더 나아가, X, Y, 및 Z 좌표를 특정하게 지정하는 것과 같이 하나의 레퍼런스 프레임에서 다양한 구조체를 참조하는 것은, 다른 등가 레퍼런스 프레임으로의 변환을 망라하는 것으로 이해되어야 한다(예를 들어, 매칭되기 위한 이동 방향과 같은 다른 속성과 함께 X 및 Y 좌표를 스위칭하는 것, 또는 직교 좌표와 극좌표 사이에서 스위칭하는 것을 망라함).

일부 실시예들에서, 광학 요소(604 및 606) 각각은 평탄면(616)(예를 들어, 사용 사례의 광학적 공차와 일관되는 대체적인 평탄면) 및 만곡면(618)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 만곡면(618)은 부분적인 비-평탄면일 수 있다(예를 들어, 만곡면(618) 중 절반 이상에 걸쳐, 및 일부 경우에는 만곡면(618)의 전체적으로 또는 실질적으로 전체적으로 비-평탄면일 수 있는데, 이것은 위상 변경 표면 또는 수차 변경 표면이라고도 불릴 수 있음). 만곡면(618)은 빔축(610)을 따라 평탄면(618)으로부터 광학 요소(604 및 606)의 반대측에 있을 수 있다.

예시된 배향에서, 광학 요소(606)의 만곡면(618)은 광학 요소(604)의 만곡면(618)을 바라보면서 위치되고 평탄면(616)은 외부를 바라보지만, 다른 실시예들에서는, 이러한 배향이 반전되어서, 예를 들어 평탄면(616)이 서로를 바라보거나 하나의 평탄면(616)이 만곡면(618) 중 하나를 바라볼 수도 있다.

일부 실시예들에서, 광학 요소(606 및 604)의 예시된 위치는 빔축(610) 상의 EM 방사선의 빔의 수차가 광학 어셈블리(602)에 의해서 일반적으로 또는 전체적으로 변경되지 않는 중립 위치라고 불릴 수 있으며, 또는 일부 실시예는 정렬된 위치에서 수차를 변경할 수도 있다. 후술되는 다양한 대칭, 및 전술된 광학 요소(604 및 606)의 상대적인 배향 때문에, 광학 요소(606)에서 만곡면(618)의 함요부는 광학 요소(604)의 만곡면(618)의 연장부에 인접하게 위치설정될 수 있어서(그 반대의 경우도 마찬가지임), 광학 요소(604 및 606)는 만곡면(618)에 걸쳐서 거리(614)를 유지한다. 비록 중립 위치에서의 이러한 일관적 간극이 모든 실시예에서 반드시 존재하는 것은 아니지만(예를 들어, 도 16 및 도 17 을 참조하여 설명된 바와 같음), 이것은 본 명세서에서 설명되는 임의의 다른 피쳐가 일부 경우에 역시 생략되지 않을 수도 있다는 것을 제안하는 것이 아님에 주의해야 한다.

일부 실시예들에서, 광학 요소(604 및 606)는 광학 어셈블리(602)의 주위 환경, 예컨대 공기와 다른 굴절률을 가지는 광학 등급 유리로 제작될 수 있다. 예에는 NBK7_SCHOTT 유리가 있다.

일부 실시예들에서, 광학 요소(604 및 606) 중 하나 또는 양자 모두는 하나 이상의 액츄에이터(605)에 의해 이동될 수 있다. 액츄에이터(605)는 광학 요소(604)에 기계적으로 커플링될 수 있지만(예를 들어, 제로의 상대 자유도로 링크를 통해 커플링됨), 다양한 다른 구성들이 고찰될 수 있고 이들 중 일부가 후술된다. 일부 실시예들에서, 액츄에이터(605)는 압전 선형 액츄에이터일 수 있다. 일부 경우에, 액츄에이터(605)는, 방향(612)에서, 예를 들면 축(612)을 따른 두 방향 중 임의의 방향으로 광학 요소(604)의 선형 병진을 야기하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 액츄에이터(605)는 빔축(610)에 수직인 축(612)을 따라서 광학 요소(604)를 밀고 당겨서, 광학 요소(606)에 대해 후술되는 바와 같이 상대 이동하게 할 수 있다. 압전 선형 액츄에이터는 고찰된 많은 사용 사례에서 사용되는 상대적으로 작은 이동 범위에 대해서 상대적으로 빠르고, 반응성이 높으며, 정확할 것으로 기대된다. 하지만 실시예들은 다양한 다른 타입의 액츄에이터들, 예컨대, 스퀴글(squiggle) 모터, 콤(comb) 드라이브, 스크류 드라이브 등과 같은 다른 선형 액츄에이터와도 일관된다는 것에 주의해야 한다.

일부 실시예들에서, 센서(607)는 EM 방사선의 빔의 다양한 속성, 예를 들어 측정 중인 기판의 표면의 부분에 대한 초점을 감지하도록 동작하는 전술된 센서들 중 하나일 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(607)는 기판의 표면에 대한 초점을 감지하고 초점의 부족량(또는 조절이 필요한 다른 수차) 및, 일부 경우에는 초점이 부족한 방향을 나타내는 신호, 또는 다양한 다른 수차의 크기 및 방향을 나타내는 다른 신호를 방출하도록 동작한다. 일부 실시예들에서, 적응형 광학 시스템(600)은 기판 상에 충돌하거나 충돌하도록 지향되는 EM 방사선에 있는 상이한 수차를 감지하도록 구성되는 다수의 센서를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 센서(607)는 센서(607)로부터의 측정치에 응답하여 액츄에이터(605)를 구동하도록 동작하는 제어기(608)에 통신가능하게 커플링될 수 있다. 제어기(608)는 타겟 수차로부터의 델타를 액츄에이터(605)에 대한 이동 신호로 전환하는 모델을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예는 EM 방사선이 아웃 포커스인 양을 나타내는 신호를 수신하도록 구성될 수 있고, 제어기(608)는 광학 요소(604)의 위치를 조절하여 초점 부족을 감소 또는 제거하도록 액츄에이터(605)에게 시그널링할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(607)는 타겟 조건이 만족되는지 여부를 나타내는 이진 신호인 신호를 출력할 수 있고, 제어기(608)는 부울 신호에 변경이 생겨서 측정을 수행하기 위한 적당한 조건을 표시할 때까지, 액츄에이터(605)에 동작의 범위를 통해서 지시할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(608)는 마이크로콘트롤러이고, 또는 일부 실시예들에서 제어기(608)는 전술된 다양한 다른 제어 시스템과 통합될 수 있다.

ASML Holding N.V. of Veldhoven, Netherlands에서 입수가능한 YieldStar 계측 툴과 같은 광학 기구는 현재 설명되는 적응형 광학 시스템을 포함할 수 있다. 동작의 일 예에서, 툴은 새로운 기판을 도입하거나 이전에 로드되고 정렬된 기판 상의 새로운 측정 위치로 네비게이션할 수 있다. 이동되기 전에, 도 6 의 예시된 구성에서, EM 방사선의 파면은, 요소(606) 및 요소(604) 상의 표면(618)의 영향들이 서로 상쇄될 수 있기 때문에 광학 어셈블리(602)에 의해 상대적으로 교란되지 않고, 예를 들면, 90%가 넘게 교란되지 않을 수 있다.

그러나, 센서(607)는 타겟 조건이 만족되지 않았다는 것, 예를 들면 기판의 표면에 충돌하는 EM 방사선이 아웃 포커스라는 것을 제어기(608)에 표시할 수 있고, 제어기(608)는 액츄에이터(605)를 통해 광학 요소(604)의 다양한 이동을 지시할 수 있다. 이것이 도 7 에 예시적으로 도시된다. 이러한 예에서, 액츄에이터(605)는 광학 요소(604)를 동작 범위(620)를 통해 축(612)을 따라 당겼다. 일부 실시예들에서, 광학 요소(606)는, 예를 들면 소정의 이동불가능 양을 가지고 대략적으로 고정됨으로써 광학 기구의 나머지에 상대적으로 고정된 상태로 유지될 수 있다. 결과적으로, 광학 요소(604 및 606)의 만곡면(618)은 더 이상 정렬되지 않고 더 이상 서로 상쇄되지 않는다. 광축(610)을 따라 통과하는 광, 또는 다른 EM 방사선은, 예를 들면 초점을 광학기 어셈블리(602)로부터 예시된 병진으로 더 멀리 밀어냄으로써, 광학 어셈블리(602)에 의해 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다양한 다른 수차는 만곡면(618)의 형상에 따라서, 이러한 병진의 결과로서 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이 변경될 수 있다.

이동(620)이 상대적으로 작은 거리에 걸쳐서 일어나며, 광학 요소가 빔축(610)을 따라 병진되는 많은 통상적인 기법보다 상대적으로 신속하게 액츄에이터(605)에 의해 달성될 수 있다는 것에 주의한다. 예를 들면, 일부 통상적인 시스템은 광학 요소를 빔축을 따라 20 mm 병진시켜서, 일부 실시예가 2 mm 미만의 병진으로 달성하는 변경을 빔에 가할 수 있다. 곡선 표면(618)의 곡률의 진폭은 일부 실시예들에서 이러한 이동에 대한 광학적 감도를 조절하기 위해서 증가되거나 감소될 수 있다.

일부 경우에, 이러한 통상적인 접근법은 현재 설명되는 실시예와 결합될 수 있다. 예를 들면, 예시된 광학 요소의 빔축(610)에 직교하는 병진으로 성긴 조절이 이루어질 수 있고, 더 높은 분해능의 조절은 다른 광학 요소를 빔축(610)을 따라 병진시킴으로써(통상적인 시스템에서보다는 짧은 거리만큼) 이루어질 수 있다.

도 8 은 이동 범위(622)에 걸쳐서 도 6 의 위치에 대해 축(612)을 따라 반대 방향으로 이동하는 것을 도시한다. 일부 경우에, 이동 범위(622 및 620)가 결합되면 광학 요소(606)에 상대적인 광학 요소(604)의 총 이동 범위가 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 총 이동 범위는 10 mm 미만 0.4 mm 초과일 수 있다. 도 6 의 구성으로부터 도 7 의 구성으로 이동하는 것에 의해 초래되는 일부 광학 수차의 변화는 도 6 의 구성으로부터 도 8 의 구성으로 이동함으로써 반전될 수 있다. 일부 경우에, 이러한 변화는 광학 요소(604 및 606)의 형상 및 이동이 어떻게 이루어지는지(예를 들어, 광학 요소 양자 모두가 이동하는지 또는 하나만이 이동하는지)에 따라서 비례할 수도 있고 비선형일 수도 있는데, 이들 모두의 예가 후술된다. 더 나아가, 액츄에이터(605)는 광학 요소(604)를 도 7 및 도 8 에 도시되는 것들 사이의 임의의 중간 위치로 이동시키도록 구성될 수 있다는 것에 주의해야 한다.

도 9 및 도 10 은 전술된 만곡면(618)의 예시적인 표면(626)을 도시한다. 도 9 는 표면의 3-차원의 사시 와이어 플롯이고, z-축에 따른 표면(626)의 편차는 도 6 내지 도 8 에서의 광축(610)에 따른 표면(618)의 편차에 대응하고, y-축은 광학 도 6 내지 도 8 에서 요소(604 또는 606)가 이동하는 축(612)에 대응한다. 도 9 및 도 10 의 x-축은 도 6 내지 도 8 의 단면 평면(및 축들(610 및 612))에 수직일 수 있다.

도 9 및 도 10 에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서 광학 요소는 표면(626)과 함께 대략적으로 원형 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 광학 요소(604 및 606)는 평면형 밑면 및 도 9 및 도 10 에 도시되는 표면에 대응하는 반대면(626)을 가지는 우측 원기둥일 수 있다.

도 9 에 도시된 바와 같이, 표면(626)의 이러한 실시예는 복잡한 만곡면, 예를 들면, 표면의 20% 미만이 z-축에 수직인 만곡면을 가질 수 있다. 이러한 예에서, 표면(626)은 세 개의 국소 최대치들(628, 630, 및 632)을 포함할 수 있다. 그리고 세 개의 국소 최소값들(634, 636, 및 638)을 포함할 수 있다. 표면(626)은 x 및 y 방향 양자 모두에서 변하는 복합 곡선을 가질 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 적응형 광학 시스템은 광학 계측 툴 또는 다른 광학 시스템, 예를 들어 리소그래피 패터닝 디바이스의 EM 방사선 경로 내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적응형 광학 시스템은 이러한 시스템을 통과하는 방사선의 초점 감지 브랜치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 적응형 광학 시스템은 초점 빔이 시준되는 영역 내에 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시예는 적응형 광학 시스템을, 적응형 광학 시스템이 그 안에 배치되는 더 큰 광학 시스템의 조명 브랜치 내에 포함할 수도 있다.

도 10 은 축(610)에 따라 광학 요소(604 및 606)의 평탄면(616)에 평행한 평면으로부터의 표면(626)의 편차량을 토포그래피 열 맵(heat map) 형태로 보여준다. 일부 경우에, 이것은 처짐량(amount of sag) 또는 유리의 상단 우측 원기둥의 일측으로부터 가공되어 없어지는 재료의 양으로서 특징지어질 수 있다. 이러한 도면에서, 그레이스케일이 밝을수록, 표면은 축(610)(또는 z 방향)에 따라서 광학 요소(606 또는 604)의 평탄면(616)으로부터 멀어진다.

도 10 에서 도시된 바와 같이, 표면(626)은 다양한 대칭을 나타낸다. 표면(626)은 광학 요소(604 또는 606)가 이동하는 축(612)(또는 y 축) 중심으로 대략적으로 반사 대칭이다(reflectively symmetric). 더 나아가, 표면(626)은, x-축에 평행하게 연장되고 표면(626)에 의해 형성되는 원의 중앙에서 축(612)과 교차하는 축(640) 중심으로 회전 대칭일 수도 있다. 이러한 회전 대칭의 결과, 축(640)을 따라 표면(626)을 자르고 표면(626)의 한 쪽 절반을 축(640) 중심으로 180° 회전시키면, 두 표면들이 만나고 표면(626) 전체에 걸쳐서 접촉하게 될 것이다. 결과적으로, 두 개의 광학 요소(604 및 606)가 서로 바라보도록 배향되고 도 6 내지 도 8 에서의 축(610) 중심으로 서로에 대해 180° 회전되면, 이러한 실시예에서 표면들은 전체 표면(626)에 걸쳐서 그들 사이에 일정한 거리(614)를 가지게 된다.

일부 실시예들에서, 표면(626)은, 표면을 규정하는 데 대한 각각의 다항식의 기여도에 대응하는 각각의 제르니케 계수를 각각 가지는 일련의 제르니케 다항식의 선형 조합(예를 들어, 합산)에 의해 수학적으로 특징지어질 수 있다. 제르니케 다항식은 단위 원에 걸쳐 다양한 표면을 기술하도록 결합될 수 있는 각각의 계수를 가지는 37 개의 다항식이다. 일부 실시예들에서, 도 9 및 도 10 의 표면은 제르니케 다항식의 선형 조합에 대응할 수 잇는데, 여기에서 제 9 및 제10 제르니케 계수는 서로 같고 다른 35 개의 제르니케 계수는 0과 같다.

표면(626)(및 아래 설명되는 다른 표면)의 형상은 37 개의 제르니케 다항식이 결합되는 다음 수학식에 의해 기술된다(일부 경우에, 제르니케 계수 중 일부는 각각의 제르니케 다항식이 소거되게 하는 0의 값을 가짐):

여기에서:

z는 z-축에 평행한 표면의 처짐(sag)이다,

c=1/R은 꼭지점 곡률이다,

k는 원뿔 상수이다,

x, y는 표면 좌표이다,

Rn은 정규화 반경(normalization radius)이다,

Pj는 j-차 FRINGE 제르니케 다항식이다, 그리고

Zj는 j-차 제르니케 계수이다.

계수의 값은 대응하는 표면 및 해당 표면에 의해 제공되는 광학적 특성을 규정한다. 더 나아가, 제르니케 다항식 각각은 특정 타입의 수차에 대응할 수 있는데, 예를 들어 3차 제르니케 다항식(Z3 계수를 가짐)은 틸트에 대응하고 4차 제르니케 다항식(Z4 계수를 가짐)은 초점에 대응하며, 계수는 존재하는 수차의 양을 표시한다. 일부 실시예들에서, 표면(626)은, 코마(coma) 및 트레포일 제르니케 계수가 같은 크기를 가지고(예를 들어, Z7 = Z9 != 0; 또는 Z8 = -Z10 != 0), 다른 제르니케 계수가 0과 같은(예를 들어, 실질적으로 0과 같거나 다른 제르니케 계수의 최대 절대 값에 대해서 0부터 10% 내임) 것일 수 있다. 일부 경우에, 표면은 알바레즈(Alvarez) 렌즈 중 하나일 수 있다.

도 9 및 도 10 의 이러한 표면(626)의 하나의 장점은, 많은 광학 기구에 관련된 특정 수차가 다른 수차를 과도하게 변경하지 않고서 제어될 수 있다는 것이다. 광학 요소의 형상에 따라서, 특정 수차는 변경될 수 있는 반면에, 다른 수차에 대한 변경은 상대적으로 작거나 이루어지지 않을 수 있다. 도 9 및 도 10 의 예에서, 축(612)에 따른 상대 이동은 EM 방사선의 초점(즉, 빔의 Z4 제르니케 계수)을 조절할 수 있는 반면에, 빔의 틸트(즉, 빔의 Z3 제르니케 계수)에는 상대적으로 작은 변화를 초래하고 다른 수차(즉, 빔의 Z1-Z2 및 Z5-Z37 제르니케 계수)는 상대적으로 변경되지 않거나 전혀 변경되지 않은 상태로 둔다.

빔 수차 변화와 광학 요소의 이동 사이의 이러한 관련성이 도 11 의 그래프에 예시된다. 빔의 Z4 제르니케 계수(즉, 초점)는 Z4 로 표현되고, Z3 제르니케 계수(틸트)는 Z3로 표현된다. 도 11 은 축(612)에 나란하게 Y 방향으로 광학 요소(604)를 광학 요소(606)에 상대적으로 병진하는 것이 광학 어셈블리(602)를 통과하는 EM 방사선의 Z3 및 Z4 계수에 주는 영향을 보여준다. 도시된 바와 같이, 광학 요소 중 하나의 선형 병진은 빔의 초점을 조절하는 동시에 빔의 틸트에 상대적으로 작은 변화를 야기한다. 이러한 예에서, 초점 변화는 병진의 변화에 비례하는 반면(비록 실시예가 비선형 제어와도 호환되지만, 그 제어는 비선형 관련성을 가지는 경우에 비해 상대적으로 정밀함), 틸트의 변화는 대략적으로 포물선 형상을 따른다. 일부 실시예들에서, 틸트의 변화량은 광학 기구의 공차 내에 있을 수 있고, 빔을 더 변경하는 것이 불필요할 수 있다.

다른 실시예들에서, 추가 컴포넌트는 전술된 장치에 의한 Z4 조절의 영향을 상쇄하도록 Z3 계수를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 12 는 도 6 내지 도 11 을 참조하여 설명된 컴포넌트를 가지는 적응형 광학 시스템(650)을 틸트 조절기(652)와 함께 도시한다. 이러한 예에서, 틸트 조절기(652)는 미러(654), 미러 액츄에이터(656), 및 피벗(658)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 액츄에이터(656)는 미러(654)에 기계적으로 커플링될 수 있고, 초점 조절에 의해 초래된 틸트를 상쇄하기 위해 피벗(658) 중심의 미러(654)의 회전을 구동한다. 일 실시예에서, 제어기(608)는 액츄에이터(605) 및 액츄에이터(656) 양자 모두를 구동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(608)는 도 11 에 도시되는 Z3 계수의 포물선 변화를 상쇄하도록 액츄에이터(656)가 미러(654)의 틸트를 조절하게 하는 루틴을 실행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 미러(654)의 각도는 중립 위치로부터 벗어날 경우와 동일한 방향으로 변하지만, 도 11 에 도시되는 Z3 의 포물선 변화에 따라서 액츄에이터(605)에 의한 편차의 주어진 양에 대해서 양을 달리하여 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(608)는 액츄에이터(605)에 의한 선형 병진을 EM 방사선의 빔에 도입된 결과적으로 얻어지는 틸트 수차를 상쇄하도록 구성되는 액츄에이터(656)에 의한 대응하는 병진으로 매핑하는 룩업 테이블을 유지할 수 있다. 다양한 메커니즘이 미러를 틸트하기 위하여 사용될 수 있다. 일부 경우에, 미러로 연결하는 핀이 슬롯 내에 존재하고 핀이 슬롯을 따라 슬라이딩할 수 있고, 또는 다양한 다른 구동부가 사용될 수도 있다.

도 13 은 도 6 내지 도 11 을 참조하여 설명된 시스템의 컴포넌트를 이차 액츄에이터(662)와 함께 가지는 다른 적응형 광학 시스템(660)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 제어기(608)는 액츄에이터들(605 및 662) 양자 모두를 같은 양만큼 구동하여, 양자 모두의 광학 요소(606 및 604)가 축(612)에 나란히 그리고 서로에 대해 선형으로 병진하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 요소(606 및 604) 양자 모두의 이동은, 양자 모두의 광학 요소를 커플링하는 기계적 링크를 가지는 단일 액츄에이터에 의해, 예컨대 광학 요소들(604 및 606) 사이에서 연장되고 광학 요소들(604 및 606) 사이의 점 중심으로 피벗하도록 구성되는 로커 바(rocker bar)에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 이러한 구성에서, 광학 요소(604 및 606)는 제어기(608)에 의해 제어될 때 서로에 대해 오직 하나의 자유도만을 가질 수 있다. 또는 일부 실시예들에서는, 액츄에이터(605 및 662)는 오프셋 위치에서 그 외에는 동일한 이동으로 동작될 수 있는데, 오프셋 위치는, 예를 들어 틸트를 교정하고 그렇지 않으면 틸트를 제어하기 위한 교정 루틴에 따라 설정된다.

일부 실시예들에서, 도 13 의 구성은 틸트와 같은 특정한 비-표적화된 광학 수차의 변동을 감소시킬 것으로 기대되는데, 일부 경우에는 도 12 를 참조하여 설명된 것들과 같은 추가적 제어 디바이스에 대한 필요성이 일부 경우에 불필요하게 한다(이것은 다른 피쳐들이 모든 실시예에서 필요하다는 것을 암시하려는 것이 아님). 또는 일부 실시예들에서, 다양한 광학 수차들 사이의 관련성이 비례 관련성으로서 단순화되어, 그러한 다른 적응 컴포넌트에 대한 제어 알고리즘이 단순화될 수 있게 할 수 있다. 이러한 현상의 일 예가 도 14 에 도시되는데, 이것은 광학 요소(606 및 604)의 반대 방향의 동일한 이동에 상대적인 적응형 광학 시스템(660)을 통과하는 EM 방사선의 파면에 대한 변화의, 틸트 및 초점 각각에 대응하는 Z3 및 Z4 제르니케 계수의 변화를 예시한다. 도시된 바와 같이, 이러한 광학 요소(604 및 606) 양자 모두를 이동시키면, 틸트 또는 계수 Z3은 광학 요소(604 및 606) 각각의 서로에 대한 병진량에 비례할 수 있어서, 다운-빔 틸팅형-미러의 제어 루틴을 조절하는 것을 단순화한다. 더 나아가, 변경되는 틸트의 총량은 도 11 에 도시되는 것보다 적어서, 보충적인 조절을 렌더링하는 것이 잠재적으로 필요 없어지는데, 이것은 임의의 다른 피쳐가 일부 실시예들에서 역시 생략되지 않을 수 있다는 것을 암시하려는 것이 아니다.

도 15 는 다른 광학 수차의 변화를 완화시키는 동안 하나 이상의 광학 수차를 제어하도록 구성되는 적응형 광학 시스템(664)의 다른 예를 도시한다. 이러한 예에서, 적응형 광학 시스템(664)은, 광학 어셈블리(666)가 이러한 실시예에서는 다르다는 것을 제외하고는 도 6 내지 도 11 을 참조하여 전술된 컴포넌트를 포함한다. 이러한 예는 세 개의 광학 요소(668, 670, 및 672)를 포함한다. 광학 요소(668 및 672)는 도 6 내지 도 11 을 참조하여 전술된 것들과 대략적으로 동일할 수 있지만, 이러한 예에서는 광학 요소(668 및 672)가 서로 바라보며 축(610) 중심으로 동일한 회전 배향을 가진다. 이러한 실시예는 광학 요소(668 및 672)에 대한 상보적 표면을 가질 수 있는(양측 모두에) 광학 요소(670)를 더 포함한다. 도시된 각각의 만곡면은 도 9 및 도 10 을 참조하여 전술된 프로파일을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 요소(668 및 672)는 대략적으로 정지 상태를 유지할 수 있는 반면에, 광학 요소(670)는 액츄에이터(605)에 의해 선형 병진되어 초점을 조절한다(또는 그 반대의 경우도 마찬가지이고, 또는 양자 모두가 도 13 에 도시된 것처럼 요소(668 및 672)가 함께(in tandem) 이동하도록 설정할 수 있음). 이러한 예에서, 광학 요소들(670 및 672)의 상호작용에 의해 틸트에 변화가 생긴 것은 광학 요소들(668 및 670)의 상호작용에 의해서 해제될 수 있는 반면에, 세 개의 광학 요소(668, 670, 및 672) 모두는 변화를 가산함으로써 초점을 조절할 수 있어서 하나의 수차의 변화를 다른 수차에 변화를 일으키지 않으면서 격리시킨다.

일부 실시예들에서, 여러 수차를 동시에 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 EM 방사선의 파면의 Z4 및 Z9 제르니케 성분 양자 모두를 변하게 할 수 있다. 이러한 실시예에서, 전술된 광학 요소는 도 16 및 도 17 에 도시되는 표면을 포함할 수 있고, 이들은 도 9 및 도 10 의 스타일에 있는 그래픽 표현들이다. 이러한 예들에서, 광학 요소 중 하나의 선형 병진은 전술된 광학 어셈블리를 통과하는 전자기 방사선의 파면에 대한 조절을 기술하는 제르니케 다항식 급수의 Z4 및 Z9 항 모두를 바꿀 수 있다. 일부 실시예들에서, 상대적으로 적은 변화, 또는 상대적으로 작은 변화가 다른 제르니케 다항식 계수에 도입될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 도 16 및 도 17 에 도시되는 표면을 가지는 광학 요소의 선형 병진에 의해서 파면의 Z3, Z4, 및 Z9 계수만 변경되는데, 이러한 표면은 전술된 만곡면(618)의 다른 실시예이다.

일부 실시예들에서, 표면은 전술된 제르니케 급수에 의해 기술될 수 있는데, 계수들은 아래와 같다. 일부 경우에, 제르니케 계수는 삼차보다 높은 다항식 차수, 예를 들면 4차, 5차, 및 6차 이상의 다항식을 가지는 제르니케 다항식에 대한 비제로 계수를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 제르니케 다항식 계수는 예시된 표면을 특징짓기 위하여 최대 다항식 계수에 상대적으로 정규화될 수 있다.

계수	값
R_n	2.5000000E+00
k	0
Z1	0
Z2	0
Z3	0
Z4	6.8303944E-04
Z5	-1.3541086E-03
Z6	0
Z7	0
Z8	1.1344105E-02
Z9	9.8885038E-05
Z10	0
Z11	1.1344375E-02
Z12	2.0142056E-04
Z13	0
Z14	0
Z15	-5.4028000E-06
Z16	-4.2450382E-07
Z17	2.0381880E-04
Z18	0
Z19	0
Z20	-5.4328215E-06
Z21	-6.3785986E-07
Z22	0
Z23	0
Z24	-1.3605899E-07
Z25	-3.7873762E-09
Z26	0
Z27	4.5325371E-06
Z28	-3.4690633E-07
Z29	0
Z30	0
Z31	-1.4186420E-07
Z32	-4.4223497E-09
Z33	0
Z34	0
Z35	2.5437048E-10
Z36	-2.0345298E-10
Z37	3.0640812E-11

표 1

일부 실시예들에서, 위에 보인 제르니케 계수는 스케일링 인자에 의해 조절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스케일링 인자는 광학 요소의 선형 병진의 변화에 상대적인 하나 이상의 수차의 변화의 도함수를 비례하도록 변경할 수 있다. 따라서, 시스템은 제르니케 계수를 비례하게 증가시킴으로써 더 높은 감도를 가지게 될 수 있다.

일부 실시예들에서, Z8 및 Z11 제르니케 계수는 같을 수 있고, 도 16 및 도 17 의 표면을 기술하는 급수에서 최대 제르니케 계수일 수 있다. 일부 실시예들에서, Z4 및 Z5 계수는 다음으로 클 수 있으며, 예를 들어 Z8의 3% 와 15% 사이일 수 있다. Z9, Z12, 및 Z17 계수가 그 다음 크기를 가지며, Z8의 0.1%와 3% 사이일 수 있다.

일부 실시예들에서, 다른 수차, 예를 들어 개개의 수차 또는 여러 수차를 조절하도록 다양한 다른 표면이 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제르니케 계수를 선택하는 것은 광학 요소의 서로에 대한 병진의 방향에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 비제로 제르니케 계수 각각은 단위 원의 중심을 통과하는 이동의 방향에 대응하는 축 중심으로 반사적으로 대칭이다. 예를 들어, 이동이 Y 방향으로 표시되는 전술된 표기법을 사용하면, 대응하는 실시예는 후속하는 제르니케 계수 인덱스들 중에서 선택된 비제로 제르니케 계수를 가지는 표면을 포함할 수 있다: 1, 3, 4, 5, 8, 9, 11, 12, 15, 16, 17, 20, 21, 24, 25, 27, 28, 31, 32, 35, 36, 및 37. 다른 실시예들에서, 앞선 배치구성에 대응하는 X 방향으로의 이동은, 후속하는 제르니케 계수 인덱스들 중에서 선택된 비제로 비-제로 제르니케 계수를 가질 수 있다: 1, 2, 4, 5, 7, 9, 10, 12, 14, 16, 17, 19, 21, 23, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 및 37. 이러한 경우 모두에서, 다른 제르니케 계수는 관련된 대칭을 유지하거나 근사화하도록 0(또는 실질적으로 0)일 수 있다.

본 명세서에서 실시예들은, 예를 들어 중첩하는 주기적 구조체의 위치를 회절된 차수들로부터의 세기로부터 측정하는 회절-기초 계측법에 관련하여 기술되어 왔다. 그러나, 본 명세서의 실시예는 필요한 경우 적합하게 변경되어, 예를 들어 층 1 내의 타겟 1 로부터 층 2 내의 타겟 2 까지의 상대 위치를 타겟의 고품질 이미지를 사용해서 측정하는 이미지-기초 계측법에도 적용될 수 있다. 보통 이러한 타겟은 주기 구조체 또는 "박스"(박스-인-박스(BiB))이다.

도 18 은 적응형 광학 시스템을 가지는 계측 툴의 전술된 실시예 중 일부의 동작 시에 수행되는 프로세스(680)의 흐름도이다. 일부 실시예들에서, 프로세스(680)는 패터닝된 기판을 측정하는 전자기(EM) 방사선의 빔의 수차의 조절을 결정하는 것을 포함한다(블록 682 로 표시됨). 프로세스(680)는 빔에 수직인 방향으로 제 2 비구면 광학 요소에 상대적으로 제 1 비구면 광학 요소를 이동시키는 것을 포함할 수 있다(블록 684 로 표시됨). 프로세스는 이동되기 전과 다르게 빔에 수차를 발생시키는 것(aberrating)을 더 포함할 수 있다(블록 686 으로 표시됨). 프로세스는 패터닝된 기판을 측정하는 것을 더 포함할 수 있다(블록 688 로 표시됨). 일부 경우에, 이러한 프로세스(680)는 기판 상의 여러 측정 위치에 대해서 그리고 여러 기판에 대해서 반복될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 측정의 결과는 전술된 리소그래피 장비로 통신될 수 있고, 그러면 장치는 프로세스 파라미터를 조절하여 전기적, 광학적, 또는 기계적 디바이스를 패터닝하는 프로세스의 피드백 제어를 실행할 수 있다.

비록 특정한 참조가 위에서 계측 및 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 실시예의 사용에 대하여 이루어졌지만, 실시예들이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있고, 콘텍스트가 허용하는 경우 광 리소그래피로 제한되는 것이 아니라는 것이 인정될 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 장치의 토포그래피는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 장치의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트의 층에 프레스될 수도 있고, 그 위에서 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 이들의 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.

본원에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는, 자외(UV) 방사선(예컨대, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐) 및 극자외(EUV) 방사선(예컨대, 5-20 nm 범위의 파장을 가짐), 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 타입의 전자기 방사선을 망라한다.

본 명세서에 사용된 "렌즈"라는 용어는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자자기, 및 정전기 광 컴포넌트를 포함하는 다양한 타입의 광 컴포넌트 중 임의의 것 또는 조합을 가리킬 수 있다.

특정 실시예에 대한 전술한 설명은 본 발명 실시예들의 전반적인 특성을 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시예에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있게 한다. 따라서, 이러한 수정 및 적응은 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하는 개시 실시예의 등가물의 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에서 구문 또는 어휘는 예에 의한 설명의 목적을 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 따라서 본 명세서의 용어 또는 구문은 교시 및 지도를 고려하여 당업자에 의하여 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 적용 범위 및 범위는 전술한 예시 실시예의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안 되며, 후속하는 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

본 명세서 전체에서 사용될 때, "~ 수 있다(may)"는 단어는 강제적인 의미(즉, 해야 함(must)을 의미)하는 것이 아니라 허용하는 의미(즉, 가능성이 있음을 의미)에서 사용된다. 단어 "포함", "포함하는", 및 "포함한다" 등은, 포함하지만 그것으로 제한되는 것은 아니라는 것을 의미한다. 본 명세서 전체에서 사용될 때, 단수 형태인 "한" "하나" 및 "그것"은 문맥이 그렇지 않다고 명백하게 표시하지 않으면 복수의 참조 부재를 포함한다. 따라서, 예를 들어 "하나의(an)" 요소 또는 "한(a)" 요소를 가리키는 것은, "하나 이상의"와 같이 하나 이상의 요소에 대해서 다른 용어 및 어구가 있지만, 두 개 이상의 요소의 조합을 포함한다. 용어 "또는"은, 그렇지 않다고 표시되지 않으면, 비-배타적이고, 즉, "및"과 "또는" 양자 모두를 망라한다. 조건 관계를 설명하는 용어, 예를 들어 "X에 응답하여 Y가", "X의 경우, Y가", "X면, Y가," "X일 경우, Y가" 등은, 선행사가 결과의 필요인과 조건이거나, 선행사가 충분한인과 조건이거나, 또는 선행사가 원인이 되는(constributory)인과 조건인 인과 관계들을 망라하는데, 예를 들어 "조건 Y가 달성되면 상태 X가 발생한다"는 "Y의 경우에만 X가 발생한다 " 및 Y 및 Z의 경우 "X가 발생한다"에 대한 통칭이다. 이러한 조건 관계는 선행사가 달성되는 것에 바로 후속하는 결과로 한정되지 않는데 이것은 일부 결과가 지연될 수 있기 때문이고, 조건부 진술에서, 선행사는 그 결과와 연결되는데, 예를 들어 선행사는 결과가 발생할 가능성과 관련된다. 복수 개의 속성 또는 기능이 복수 개의 대상물(예를 들어, 단계 A, B, C, 및 D를 수행하는 하나 이상의 프로세서)로 매핑된다는 진술은, 달리 표시되지 않는 한, 모든 이러한 속성 또는 기능이 이러한 모든 대상물로 매핑된다는 것 및 속성 또는 기능의 서브세트가 속성 또는 기능의 서브세트로 매핑된다는 것 양자 모두(예를 들어, 모든 프로세서가 각각 단계 A-D를 수행한다는 것, 및 프로세서 1 이 단계 A를 수행하고, 프로세서 2 가 단계 B 및 단계 C의 일부를 수행하며, 및 프로세서 3 이 단계 C의 일부와 단계 D를 수행하는 경우 양자 모두)를 망라한다. 더 나아가, 달리 표시되지 않는 한, 하나의 값 또는 동작이 다른 조건 또는 값에 "기초한다"는 진술은, 조건 또는 값이 유일한 인자인 경우 및 조건 또는 값이 여러 인자들 중 하나의 인자인 경우 양자 모두를 망라한다. 달리 표시되지 않는 한, 일부 콜렉션 중 "각각의" 인스턴스가 일부 특성을 가진다는 진술은, 더 큰 콜렉션의 일부의 그렇지 않으면 동일하거나 유사한 원소들이 그러한 특성을 가지지 않는 경우를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 되고, 즉 각각이란 반드시 각각 그리고 모두를 의미하는 것은 아니다. 인용된 단계의 순서에 대한 한정은 명백하게 특정되지 않는 한 청구항에 포함되는 것으로 이해되어서는 안 되며, 예를 들어 "X를 수행한 후에 Y를 수행함"과 같은 명시적 언어는, "아이템에 X를 수행하고, X가 수행된 아이템에 Y를 수행함"과 같이 순서의 한정을 암시하는 것으로 부적절하게 다투어질 수 있는 진술과 달리, 순서를 특정하는 것이 아니라 청구항이 더 잘 이해되게 하도록 하는 목적으로 사용된다. 명백하게 달리 진술되지 않는 한, 본 명세서로부터 명백한 것처럼, 명세서 전체를 통해 "처리" "계산" "연산" "결정" 등과 같은 용어를 활용한 설명은 또는 특수 목적 컴퓨터 또는 유사한 특수 목적 전자적 처리/계산 디바이스와 같은 특정 장치의 동작 또는 프로세스를 가리키는 것이라는 것이 이해된다.

본 명세서에서, 특정 미국 특허, 미국 특허 출원, 또는 다른 문헌(예를 들어, 자료)이 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다. 그러나, 이러한 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 다른 문헌의 내용은 이러한 문헌과 본 명세서에 진술된 설명과 도면 사이에 충돌이 일어나지 않는 범위까지만 원용되어 통합된다. 이러한 충돌이 발생하는 경우, 본 명세서의 내용이 우선한다.

본 발명의 기법은 번호가 부여된 다음의 실시예들을 참조하면 더 잘 이해될 것이다:

1. 기판 상에 패터닝된 구조체를 측정하도록 구성되는 광학 계측 툴을 포함하고,

상기 광학 계측 툴은,

전자기(EM) 방사선의 빔을 EM 방사선 경로를 따라 지향시키도록 구성되는 EM 방사선 소스; 및

상기 EM 방사선 경로의 부분에 배치되고 EM 방사선의 빔의 파면의 형상을 조절하도록 구성되는 적응형 광학 시스템을 포함하며, 상기 적응형 광학 시스템은,

제 1 비구면 광학 요소;

상기 제 1 비구면 광학 요소에 인접한 제 2 비구면 광학 요소; 및

상기 EM 방사선 경로의 부분의 빔축과 상이한 방향으로 상기 제 1 광학 요소와 상기 제 2 광학 요소 사이의 상대 이동을 초래하도록 구성되는 액츄에이터를 포함하는, 장치.

2. 제 1 항에 있어서,

상기 광학 계측 툴은 산란측정 계측 툴을 포함하고;

상기 상대 이동은 상기 빔축에 수직인 방향으로의 상기 광학 요소 중 하나의 선형 병진이며,

상기 선형 병진은 상기 EM 방사선의 초점 및 상기 EM 방사선의 틸트를 조절하는, 장치.

3. 제 1 절 또는 제 2 절에 있어서,

상기 제 1 광학 요소 및 상기 제 2 광학 요소는, 상보적 만곡면에 대응하는 제르니케 급수의 비-제로 Z7 또는 Z8 제르니케 다항식 계수를 포함하는 상기 상보적 만곡면을 가지는, 장치.

4. 제 3 항에 있어서,

상기 제 1 광학 요소는 상기 빔축에 수직인 평탄면을 포함하는, 장치.

5. 제 3 항에 있어서,

상기 Z7 또는 Z8 제르니케 다항식 계수는 상기 상보적 만곡면에 대응하는 제르니케 급수의 다른 제르니케 다항식 계수보다 크거나 같은, 장치.

6. 제 1 절 내지 제 5 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제 1 광학 요소의 만곡면은, 상기 상대 이동의 방향을 중심으로 반사적으로 대칭이고 상기 상대 이동의 방향 및 상기 빔축 양자 모두에 직교하는 축을 중심으로 회전 대칭인, 장치.

7. 제 1 절 내지 제 6 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 적응형 광학 시스템은 상기 제 1 광학 요소와 상기 제 2 광학 요소 사이의 상대 이동을 초래하기 위한 수단을 포함하는, 장치.

8. 제 1 절 내지 제 7 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제 1 광학 요소 및 상기 제 2 광학 요소는 서로에 대해 오직 하나의 이동 자유도를 가지는, 장치.

9. 제 8 항에 있어서,

상기 하나의 자유도는 상기 빔축에 수직인 선형 병진인, 장치.

10. 제 1 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 장치는,

상기 제 1 광학 요소와 상기 제 2 광학 요소 사이의 상대 이동에 의해 초래되는 상기 빔의 틸트를 적응적으로 감소시키기 위한 수단을 포함하는, 장치.

11. 제 1 절 내지 제 10 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 적응형 광학 시스템은 상기 상대 이동에 응답하여, 상기 EM 방사선의 파면에 대응하는 제르니케 급수의 Z4 제르니케 다항식 계수를 조절하도록 구성되는, 장치.

12. 제 11 절에 있어서,

상기 Z4 제르니케 다항식 계수에 대한 조절은 상기 상대 이동에 비례하는, 장치.

13. 제 11 절에 있어서,

상기 적응형 광학 시스템은, 상기 상대 이동이 상기 파면의 Z3 제르니케 다항식 계수에 대한 조절 또한 초래하게 하도록 구성되고,

상기 Z3 제르니케 다항식 계수에 대한 조절의 양은, 상기 액츄에이터가 구동하도록 구성되는 상대 이동의 범위에 걸쳐서 상기 Z4 제르니케 다항식 계수의 조절의 50%보다 적은, 장치.

14. 제 1 절 내지 제 13 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 적응형 광학 시스템은, 상기 제 1 광학 요소와 상기 제 2 광학 요소 사이의 상대 이동에 응답하여, 상기 Z4 제르니케 다항식 계수보다 상기 파면의 더 높은 차수의 제르니케 다항식 계수에 영향을 주도록 구성되는, 장치.

15. 제 1 절 내지 제 14 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 적응형 광학 시스템은, 상기 제 1 광학 요소와 상기 제 2 광학 요소 사이의 상대 이동에 응답하여 상기 빔의 트레포일 수차(trefoil aberration) 및 상기 빔의 초점을 조절하도록 구성되는, 장치.

16. 제 1 절 내지 제 15 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 제 1 광학 요소의 만곡면은 비-제로 제르니케 계수가 있는 3차보다 높은 제르니케 다항식을 가지는 제르니케 급수에 대응하는, 장치.

17. 제 1 절 내지 제 16 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 상대 이동은, 상기 제 1 광학 요소의 제 1 방향으로의 이동 및 상기 제 2 광학 요소의 상기 제 1 방향에 반대인 제 2 방향으로의 이동을 포함하는, 장치.

18. 제 1 절 내지 제 17 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 장치는,

상기 빔의 틸트를 상기 제 1 광학 요소와 상기 제 2 광학 요소의 상대 이동에 의해 초래되는 틸트의 변화를 감소시키는 방향으로 조절하도록 구성되는 틸팅형 미러를 포함하는, 장치.

19. 제 1 절 내지 제 18 절 중 어느 한 절에 있어서,

상기 장치는,

상기 계측 툴에 통신가능하게 커플링되는 리소그래피 장치를 포함하고,

상기 계측 툴은, 상기 구조체를 측정하기 위하여 사용되는 EM 방사선의 파장보다 작은, 상기 리소그래피 장치에 의하여 패터닝된 기판 상의 구조체를 측정하도록 구성되는 산란측정 계측 툴을 포함하는, 장치.

20. 패터닝된 기판을 측정하는 전자기(EM) 방사선의 빔의 수차에 대한 조절을 결정하는 단계;

상기 빔에 수직인 방향으로, 제 2 비구면 광학 요소에 대하여 제 1 비구면 광학 요소를 이동시키는 단계;

상기 빔을 상기 이동 이후에 상기 이동 이전과 다르게 수차발생(aberrating)시키는 단계; 및

상기 패터닝된 기판을 측정하는 단계를 포함하는, 방법.

Claims

구조체를 측정하도록 구성되는 광학 계측 툴을 포함하는 장치로서,
상기 광학 계측 툴은,
상기 구조체를 갖는 대상물에 전자기(EM) 방사선을 제공하고 대상물에 의해 대상물로부터 재지향되는 방사선을 집광하도록 구성되는 대물 렌즈; 및
EM 방사선 경로의 부분에 배치되고 상기 EM 방사선의 빔의 파면의 형상을 조절하도록 구성되는 적응형 광학 시스템을 포함하되, 상기 적응형 광학 시스템은:
제 1 비구면 광학 요소;
상기 제 1 비구면 광학 요소에 인접한 제 2 비구면 광학 요소;
상기 EM 방사선 경로의 부분의 빔축과 상이한 방향으로 상기 제 1 비구면 광학 요소와 상기 제 2 비구면 광학 요소 사이의 상대 이동을 유발하도록 구성되는 액츄에이터; 및
상기 액츄에이터로 하여금 상기 상대 이동을 유발하도록 하여, 상기 광학 계측 툴 내의 표면에 대한 상기 EM 방사선의 빔의 광선들의 공통된 초점의 위치 변화를 적어도 유발하도록 구성되는 제어 시스템을 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광학 계측 툴은 산란측정 계측 툴을 포함하고;
상기 상대 이동은 상기 빔축에 수직인 방향으로의 제 1 및 제 2 비구면 광학 요소 중 하나의 선형 병진이며,
상기 선형 병진은 상기 EM 방사선의 초점 및 상기 EM 방사선의 틸트를 조절하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 비구면 광학 요소 및 상기 제 2 비구면 광학 요소는, 상보적 만곡면에 대응하는 제르니케 급수의 비-제로 Z7 또는 Z8 제르니케 다항식 계수를 포함하는 상기 상보적 만곡면을 가지는, 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 비구면 광학 요소는 상기 빔축에 수직인 평탄면을 포함하는, 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 Z7 또는 Z8 제르니케 다항식 계수는 상기 상보적 만곡면에 대응하는 제르니케 급수의 다른 제르니케 다항식 계수보다 크거나 같은, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 비구면 광학 요소의 만곡면은, 상기 상대 이동의 방향을 중심으로 반사 대칭이고(reflectively symmetric) 상기 상대 이동의 방향 및 상기 빔축 양자 모두에 직교하는 축을 중심으로 회전 대칭인(rotationally symmetric), 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 비구면 광학 요소 및 상기 제 2 비구면 광학 요소는 서로에 대해 오직 하나의 이동 자유도를 가지는, 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 하나의 자유도는 상기 빔축에 수직인 선형 병진인, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치는,
상기 제 1 비구면 광학 요소와 상기 제 2 비구면 광학 요소 사이의 상대 이동에 의해 초래되는 상기 빔의 틸트를 적응적으로 감소시키기 위한 수단을 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적응형 광학 시스템은 상기 상대 이동에 응답하여, 상기 EM 방사선의 파면에 대응하는 제르니케 급수의 Z4 제르니케 다항식 계수를 조절하도록 구성되는, 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 Z4 제르니케 다항식 계수에 대한 조절은 상기 상대 이동에 비례하는, 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 적응형 광학 시스템은, 상기 상대 이동이 상기 파면의 Z3 제르니케 다항식 계수에 대한 조절 또한 유발하게 하도록 구성되고,
상기 Z3 제르니케 다항식 계수에 대한 조절의 양은, 상기 액츄에이터가 구동하도록 구성되는 상대 이동의 범위에 걸쳐서 상기 Z4 제르니케 다항식 계수의 조절의 50%보다 적은, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적응형 광학 시스템은, 상기 제 1 비구면 광학 요소와 상기 제 2 비구면 광학 요소 사이의 상대 이동에 응답하여, Z4 제르니케 다항식 계수보다 상기 파면의 더 높은 차수의 제르니케 다항식 계수에 영향을 주도록 구성되는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 적응형 광학 시스템은, 상기 제 1 비구면 광학 요소와 상기 제 2 비구면 광학 요소 사이의 상대 이동에 응답하여 상기 빔의 트레포일 수차(trefoil aberration) 및 상기 빔의 초점을 조절하도록 구성되는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 비구면 광학 요소의 만곡면은 비-제로 제르니케 계수가 있는 3차보다 높은 제르니케 다항식을 가지는 제르니케 급수에 대응하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 상대 이동은, 상기 제 1 비구면 광학 요소의 제 1 방향으로의 이동 및 상기 제 2 비구면 광학 요소의 상기 제 1 방향에 반대인 제 2 방향으로의 이동을 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치는,
상기 빔의 틸트를 상기 제 1 비구면 광학 요소와 상기 제 2 비구면 광학 요소의 상대 이동에 의해 초래되는 틸트의 변화를 감소시키는 방향으로 조절하도록 구성되는 틸팅형 미러를 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치는,
상기 계측 툴에 통신가능하게 커플링되는 리소그래피 장치를 포함하고,
상기 계측 툴은, 상기 구조체를 측정하기 위하여 사용되는 EM 방사선의 파장보다 작은, 상기 리소그래피 장치에 의하여 패터닝된 기판 상의 구조체를 측정하도록 구성되는 산란측정 계측 툴을 포함하는, 장치.
광학 계측 툴 내에서 구조체를 측정하게 되는 전자기(EM) 방사선의 빔의 수차에 대한 조절을 결정하는 단계;
상기 빔에 수직인 방향으로, 제 2 비구면 광학 요소에 대하여 제 1 비구면 광학 요소를 이동시키는 단계;
상기 이동 전과 다르게 상기 이동 후에 상기 빔에 수차를 발생(aberrating)시켜, 상기 광학 계측 툴 내의 표면에 대한 상기 빔의 광선들의 공통된 초점의 위치 변화를 적어도 유발하는 단계; 및
상기 구조체를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.