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KR20240018488A - 계측 시스템, 시간적 및 공간적 가간섭성 스크램블러 및 그 방법 - Google Patents

계측 시스템, 시간적 및 공간적 가간섭성 스크램블러 및 그 방법 Download PDF

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KR20240018488A
KR20240018488A KR1020237042580A KR20237042580A KR20240018488A KR 20240018488 A KR20240018488 A KR 20240018488A KR 1020237042580 A KR1020237042580 A KR 1020237042580A KR 20237042580 A KR20237042580 A KR 20237042580A KR 20240018488 A KR20240018488 A KR 20240018488A
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KR
South Korea
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radiation
coherent
substrate
metasurface
optical element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020237042580A
Other languages
English (en)
Inventor
모하메드 스윌럼
Original Assignee
에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이. filed Critical 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
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Abstract

시스템은 방사선 소스, 광학 요소, 검출기, 및 프로세서를 포함한다. 방사선 소스는 방사선 빔을 생성한다. 광학 요소는 방사선 빔의 위상에 불균일한 변화를 생성하고, 타겟을 조사하기 위한 가간섭성-스크램블된 방사선을 출력한다. 광학 요소의 광학 속성은 가간섭성-스크램블된 방사선의 비간섭성의 양을 변경하도록 조절될 수 있다. 검출기는 타겟에 의해 산란된 방사선을 수광하고, 수광된 방사선에 기반하여 측정 신호를 생성한다. 프로세서는 측정 신호를 분석하여 타겟의 특성을 결정한다.

Description

계측 시스템, 시간적 및 공간적 가간섭성 스크램블러 및 그 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 6월 8일에 출원된 미국 가특허출원 번호 제 63/208,199의 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
분야
본 발명은 계측 시스템, 예를 들어 리소그래피 프로세스 및 웨이퍼 정렬을 검사하기 위한 계측 시스템 내에서 사용되는 메타표면 가간섭성 스크램블러를 가지는 조명 시스템에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 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 개별 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. 공지된 리소그래피 장치는, 한 번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각 타겟부가 조사(irradiate)되는 이른바 스테퍼, 및 주어진 방향("스캐닝" 방향)으로 방사선 빔을 통해 패턴을 스캔하는 동시에 이러한 방향에 평행 또는 반-평행하게 기판을 스캔함으로써 각 타겟부가 조사되는 이른바 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 장치로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 동작 중에, 상이한 처리 단계들은 상이한 층들이 기판 상에 순차적으로 형성되도록 요구할 수 있다. 따라서, 기판을 그 위에 형성된 종래의 패턴에 상대적으로 높은 정확도로 위치설정하는 것이 필요할 수 있다. 일반적으로, 정렬 마크가 정렬될 기판 상에 배치되고, 제 2 대상물에 대하여 위치된다. 리소그래피 장치는, 정렬 마크의 위치를 검출하기 위하여, 그리고 정렬 마크를 사용하여 기판을 정렬함으로써 마스크로부터의 정확한 노광을 보장하기 위하여 검사 장치(예를 들어, 정렬 장치)를 사용할 수 있다. 두 개의 상이한 층에 있는 정렬 마크들 사이의 오정렬이 오버레이 오차로서 측정된다.
리소그래피 공정을 모니터하기 위해서는 패터닝된 기판의 파라미터를 측정한다. 이러한 파라미터에는 예컨대 패터닝된 기판 내에 형성되거나 또는 패터닝된 기판 상에 형성된 연속층 간의 오버레이 오차 및 현상된 감광성 레지스트의 임계 선폭(critical linewidth)이 포함될 수 있다. 이러한 측정은 제품 기판 및/또는 전용의 계측 타겟 상에서 수행될 수 있다. 리소그래피 공정으로 형성된 미세 구조물의 측정을 행하기 위한 다양한 기술이 있으며, 이들 기술에는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 및 다양한 특수 기기를 사용하는 것이 포함된다. 신속하고 비침투식 형태의 특수 검사 기기인 산란계(scatterometer)는 방사선의 빔을 기판의 표면 상의 타겟으로 향하게 하여 산란 또는 반사된 빔의 성질을 측정한다. 빔이 기판에 의해 반사되거나 산란되기 전과 후의 빔의 특성을 비교함으로써, 기판의 특성을 결정할 수 있다. 이것은 예컨대 반사 빔을 공지의 기판 특성과 연계된 공지의 측정치의 라이브러리에 저장된 데이터와 비교함으로써 행해질 수 있다. 분광 산란계(spectroscopic scatterometer)는 광대역 방사선 빔을 기판 상으로 지향시키고 특정한 좁은 각도 범위로 산란된 방사선의 스펙트럼(예컨대, 파장을 함수로 하는 세기)을 측정한다. 반대로, 각도 분해 산란계(angularly resolved scatterometer)는 단색성 방사선 빔(monochromatic radiation beam)을 사용할 수 있고, 산란된 방사선의 세기를 각도를 함수로 하여 측정할 수 있다.
이러한 광학 산란계는, 현상된 감광성 레지스트의 임계 치수 또는 패터닝된 기판 안이나 위에 형성된 두 층들 사이의 오버레이 오차(OV)와 같은 파라미터를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 기판의 특성은 조명 빔이 기판에 의해 반사되거나 산란되기 전과 후의 해당 빔의 속성들을 비교함으로써 결정될 수 있다.
IC가 점점 작아지고 고밀도로 패킹됨에 따라서, 웨이퍼마다 검사되어야 하는 피쳐의 개수도 증가된다. 현재의 대량 제조 속도와 보조를 맞추고 생산 수율을 개선하기 위해서 계측 시스템의 능력을 개선하는 것이 바람직하다. 따라서, 많은 수의 고밀도로 패킹된 리소그래피 피쳐를 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 계측 시스템을 제공하려는 소망이 존재한다. 측정은 타겟으로부터의 산란된 광자를 유한 시간 기간에 걸쳐서 검출하는 것을 수반한다. 측정 속도를 증가시키기 위해서, 계측 솔루션은, 예를 들어 검출 기간을 단축하기 위해서 타겟을 더 많은 광자로 조명하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 시스템은 방사선 소스, 광학 요소, 검출기, 및 프로세서를 포함한다. 방사선 소스는 방사선 빔을 생성하도록 구성된다. 광학 요소는 방사선 빔의 위상에 불균일한 변화를 생성하고, 타겟을 조사하기 위한 가간섭성-스크램블된 방사선(coherence-scrambled radiation)을 출력하도록 구성된다. 광학 요소의 광학 속성은 가간섭성-스크램블된 방사선의 비간섭성의 양을 변경하도록 조절될 수 있다. 검출기는 타겟에 의해 산란된 방사선을 수광하고, 수광된 방사선에 기반하여 측정 신호를 생성하도록 구성된다. 프로세서는 측정 신호를 분석하여 타겟의 특성을 결정하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 가간섭성 스크램블러 디바이스는 메타표면(metasurface) 및 제어기를 포함한다. 메타표면은 가간섭성 방사선을 수광하고, 가간섭성 방사선의 위상에 불균일한 변화를 생성하도록 구성된다. 제어기는 가간섭성-스크램블된 방사선을 생성하도록 가간섭성 방사선의 비간섭성의 양을 변경하기 위해서 메타표면의 광학 속성을 조절하도록 구성된다.
일부 실시형태들에서, 방법은 입사 광 방사선을 메타표면 상에 수광하는 단계를 포함한다. 메타표면은 입사 광 방사선의 위상이 변하게 한다. 이러한 방법은, 입사 광 방사선의 비간섭성의 양을 변경하기 위해서, 신호를 메타표면에 인가하여 메타표면의 광학 속성을 조절하는 단계, 메타표면으로부터 가간섭성-스크램블된 방사선을 재방출하는 단계, 및 타겟을 가간섭성-스크램블된 방사선으로 조사하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징과 장점 및 본 발명의 다양한 실시형태의 구조 및 동작은 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 발명이 본 명세서에서 설명되는 특정 실시형태로 한정되지 않는다는 것에 주의한다. 이러한 실시형태는 본 명세서에서 예시를 위해 제공될 뿐이다. 본 명세서에 포함된 교시에 기초하는 추가적인 실시형태들이 당업자에게 명백해질 것이다.
본 명세서에 통합되며 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명을 도시하며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 이론을 설명하고 당업자가 본 발명을 생산하고 사용하도록 하는데 더욱 기여한다.
도 1a는 일부 실시형태에 따르는 반사식 리소그래피 장치를 예시한다.
도 1b는 일부 실시형태에 따르는 투과식 리소그래피 장치를 예시한다.
도 2는 일부 실시형태에 따르는 반사식 리소그래피 장치의 더 상세한 개략도를 예시한다.
도 3은 일부 실시형태에 따르는 리소그래피 셀의 개략도를 예시한다.
도 4a 및 도 4b는 일부 실시형태에 따른 검사 장치의 개략도를 예시한다.
도 5는 일부 실시형태에 따르는 광학 요소를 예시한다.
도 6은 일부 실시형태에 따르는 조절가능한 메타표면을 예시한다.
도 7은 일부 실시형태에 따르는 공간적 가간섭성 스크램블러를 예시한다.
도 8은 일부 실시형태에 따르는 시간적 가간섭성 스크램블러를 예시한다.
도 9는 일부 실시형태에 따르는 조명 시스템을 예시한다.
도 10은 일부 실시형태에 따르는, 메타표면을 포함하는 시스템을 예시한다.
도 11은 일부 실시형태에 따른, 본 명세서에서 설명되는 기능을 포함하는 방법을 수행하기 위한 방법 단계를 예시한다.
본 발명의 피처 및 장점은 도면과 함께 아래에서 진술되는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것인데, 도면에서 유사한 참조 기호는 전체적으로 대응하는 요소들을 식별한다. 도면에서, 유사한 부재 번호는 동일하고 기능적으로 유사하며, 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 일반적으로 표시한다. 추가적으로, 레퍼런스 번호의 가장 왼쪽의 숫자(들)는 일반적으로 해당 레퍼런스 번호가 등장하는 도면을 식별한다. 달리 표시되지 않는 한, 본 명세서 전체에서 제공된 도면은 척도에 맞는 도면이라고 해석되어서는 안 된다.
이러한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 본 명세서의 피쳐를 포함하는 하나 이상의 실시형태를 개시한다. 개시된 실시형태(들)는 본 발명을 단지 예시할 뿐이다. 본 발명의 범위는 개시된 실시형태(들)로 한정되지 않는다. 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의하여 정의된다.
설명된 실시형태(들) 및 명세서에서 "일 실시형태", "실시형태", "예시적인 실시형태" 등에 대한 언급은 기술된 실시형태(들)가 특정 요소, 구조, 또는 특징을 포함할 수 있지만, 각각의 실시형태가 이러한 특정 요소, 구조, 또는 특징을 반드시 포함하지 않을 수도 있음을 뜻한다. 더욱이, 이러한 문구들은 반드시 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 나아가, 특정 요소, 구조, 또는 특징이 실시형태와 관련하여 기술될 때, 명시적으로 기술되든 아니든, 다른 실시형태와 관련하여 이러한 요소, 구조, 또는 특징을 구현하는 것도 당업자의 지식 범위 내에 속한다고 이해된다.
공간적인 상대적 용어, 예컨대 "밑에(beneath)," "아래(below)," "더 낮은(lower)," "위의(above)" "위(on)," "더 위(upper)" 등은 본 명세서에서 설명의 편의를 위하여 하나의 요소 또는 피쳐의 도면에 도시된 바와 같은 다른 요소(들) 또는 피쳐(들)에 대한 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 공간적인 상대적 용어들이 도면에 도시된 방위에 추가하여 사용 중이거나 동작 중인 디바이스의 다른 방위를 망라하는 것이 의도된다. 이러한 장치는 다르게 배향될 수도 있고(90 도 또는 다른 배향으로 회전됨), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술자는 그에 따라 유사하게 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때 "약"이라는 용어는 특정한 기술에 기반하여 변동할 수 있는 주어진 양의 값을 나타낸다. 특정 기술에 기반하여, "약"이라는 용어는, 예를 들어 값의 10-30%(예를 들어, 값의 ±10%, ±20%, 또는 ±30%) 내에서 변하는 주어진 양의 값을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이것들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 본 발명의 실시형태는 또한 머신-판독가능 매체 상에 저장되는 명령으로서 구현될 수도 있고, 이들은 하나 이상의 프로세서에 의하여 판독되고 실행될 수 있다. 머신-판독가능 매체는 머신(예컨대, 컴퓨팅 디바이스)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 머신-판독가능 매체는 판독 전용 메모리(ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기적 디스크 저장 매체; 광학 저장 매체; 플래시 메모리 디바이스; 전기적, 광학적, 음향학적이거나 다른 형태의 전파된 신호(예를 들어, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호, 등), 및 다른 것들을 포함할 수도 있다. 더 나아가, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 및/또는 명령은 본 명세서에서 특정 조치들을 수행하고 있는 것으로 설명될 수 있다. 그러나, 이러한 설명들이 단지 편의를 위한 것이라는 것과 이러한 조치들이 사실상 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령 등을 실행하는 컴퓨팅 디바이스, 프로세서, 제어기, 또는 다른 디바이스로부터 초래된다는 것이 인정되어야 한다.
그러나, 이러한 실시형태를 좀 더 상세하게 설명하기 이전에, 본 발명의 실시형태들이 구현될 수 있는 일 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.
예시적인 리소그래피 시스템
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시형태들이 구현될 수 있는 리소그래피 장치(100) 및 리소그래피 장치(100') 각각의 개략도를 도시한다. 리소그래피 장치(100) 및 리소그래피 장치(100')는: 방사선 빔(B)(예를 들어, 심자외선 또는 극자외 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크, 레티클, 또는 동적 패터닝 디바이스)(MA)를 지지하도록 구성되고 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT); 및, 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 기판(W)을 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT)을 각각 포함한다. 리소그래피 장치(100, 100')는 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어 하나 이상의 다이를 포함함)로 투영하도록 구성되는 투영 시스템(PS)을 더 포함한다. 리소그래피 장치(100)에서, 패터닝 디바이스(MA) 및 투영 시스템(PS)은 반사형이다. 리소그래피 장치(100'), 패터닝 디바이스(MA) 및 투영 시스템(PS)은 투과형이다.
조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하며, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절식, 반사식, 반사굴절식, 자기식, 전자기식, 정전기식 또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)를, 레퍼런스 프레임에 대한 패터닝 디바이스(MA)의 배향, 리소그래피 장치(100 및 100') 중 적어도 하나의 디자인, 및 패터닝 디바이스(MA)가 진공 환경에서 유지되는지 여부와 같은 다른 조건에 의존하는 방식으로 홀딩한다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)를 홀딩하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체(MT)는 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 센서를 사용함으로써, 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)가 예를 들어 투영 시스템(PS)에 대하여 원하는 위치에 있다는 것을 보장할 수 있다.
"패터닝 디바이스"(MA)라는 용어는, 기판(W)의 타겟부(C) 내에 패턴을 생성하는 것과 같이, 자신의 단면 내에 패턴을 가지는 방사선 빔(B)을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 지칭하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔(B)에 부여된 패턴은 타겟부(C) 회로 내에 생성되는 중인 디바이스 내의 특정 기능성 층에 대응하여 집적 회로를 형성할 수 있다.
"검사 장치", "계측 장치" 등의 용어는 본 명세서에서, 예를 들어 구조체의 속성(예를 들어, 오버레이 오차, 임계 치수 파라미터)을 측정하기 위하여 사용되거나 웨이퍼의 정렬을 검사하기 위해서 리소그래피 장치 내에서 사용되는 디바이스 또는 시스템(예를 들어, 정렬 장치)을 가리키도록 사용될 수 있다.
패터닝 디바이스(MA)는 투과식이거나(도 1b의 리소그래피 장치(100')에서와 같음) 또는 반사식일 수 있다(도 1a의 리소그래피 장치(100)에서와 같음). 패터닝 장치(MA)의 예는 레티클, 마스크, 프로그램가능 미러 어레이, 또는 프로그램가능(LCD) 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에 잘 알려져 있으며, 이진, 교번 위상-천이, 또는 감쇄 위상-천이, 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 작은 미러들의 매트릭스에 의하여 반사된 방사선 빔 내에 패턴을 부여한다.
"투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 기판(W) 상의 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절식, 반사식, 반사 굴절식(catadioptric), 자기식, 전자기식, 및 정전식 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 진공 환경은 EUV 또는 전자 빔 방사선에 대하여 사용될 수 있는데, 그 이유는 다른 가스들은 너무 많은 방사선 또는 전자를 흡수할 수 있기 때문이다. 그러므로, 진공 벽 또는 저압 펌프의 도움을 받아 진공 환경이 전체 빔 경로로 제공될 수도 있다.
리소그래피 장치(100) 및/또는 리소그래피 장치(100')는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(WT)(및/또는 2개 이상의 마스크 테이블(MT)을 갖는 유형의 것일 수 있다. 그러한 "다중 스테이지" 기계에서, 부가적인 기판 테이블(WT)은 병렬적으로 사용될 수 있으며, 또한 하나 이상의 다른 기판 테이블들(WT)이 노광을 위해 사용되고 있는 동안 준비 단계들이 하나 이상의 테이블 상에 수행될 수 있다. 일부 상황들에서, 추가적 테이블은 기판 테이블(WT)이 아닐 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. 침지 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 1a 및 도 1b를 참조하면, 조명기(IL)는 방사선 빔을 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 예를 들어, 방사선 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 소스(SO) 및 리소그래피 장치(100, 100')는 별도의 물리적 엔티티일 수 있다. 이러한 경우에, 소스(SO)는 리소그래피 장치(100 또는 100')의 일부를 형성하는 것으로 간주되지 않고, 방사선 빔(B)은, 예를 들어 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로(도 1b 참조), 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사선 소스(SO)가 수은 램프인 경우에, 이러한 소스(SO)는 리소그래피 장치(100, 100')에 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 각 세기 분포(angular intensity distribution)를 조절하기 위한 조절기(AD)(도 1b 참조)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기(IL)의 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포의 적어도 외측 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 "외측-σ" 및 "내측-σ"라 함)는 조절될 수 있다. 부가적으로, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 컴포넌트들(도 1b 참조)을 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 방사선 빔(B)이 자신의 단면에서 원하는 균일성 및 세기기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.
도 1a를 참조하면, 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 의하여 패터닝된다. 리소그래피 장치(100)에서, 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)로부터 반사된다. 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크(MA)로부터 반사된 이후에, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 방사선 빔(B)을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(예를 들어 간섭측정 측정 디바이스, 선형 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(IF1)가 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA)를 방사선 빔(B)에 대한 경로에 대하여 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.
도 1a를 참조하면, 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 투영 시스템은 조명 시스템 퓨필(illumination system pupil; IPU)에 대한 퓨필 공액(PPU)을 가진다. 방사선의 일부는 조명 시스템 퓨필(IPU)에서의 세기 분포로부터 발산하고 마스크 패턴에서의 회절에 의하여 영향받지 않으면서 마스크 패턴을 횡단하여, 조명 시스템 퓨필(IPU)에서의 세기 분포의 이미지를 생성한다.
투영 시스템(PS)은 마스크 패턴(MP)의 이미지(MP')를 투영하는데, 여기에서 이미지(MP')는 이러한 세기 분포로부터의 방사선에 의하여 마크 패턴(MP)으로부터 기판(W) 상에 코팅된 포토레지스트층 상에 생성되는 회절된 빔들에 의하여 형성된다. 예를 들어, 마스크 패턴(MP)은 라인 및 공간의 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 어레이에서의 방사선의 회절 및 0차 회절과 다른 회절은 라인에 수직인 방향으로의 방향 변경을 가지는 우회된 회절된 빔을 생성한다. 회절되지 않은 빔(즉, 소위 0차 회절된 빔)은 전파 방향에 임의의 변화가 없이 패턴을 트래버스한다. 0차 회절된 빔은 투영 시스템(PS)의 퓨필 공액(PPU)의 업스트림에서, 투영 시스템(PS)의 상부 렌즈 또는 상부 렌즈 그룹을 트래버스하여 퓨필 공액(PPU)에 도달한다. 퓨필 공액(PPU)의 평면 내의 그리고 0차 회절된 빔과 연관된 세기 분포의 부분은 조명 시스템(IL)의 조명 시스템 퓨필(IPU)의 세기 분포의 이미지이다. 애퍼쳐 디바이스(PD)는, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 퓨필 공액(PPU)을 포함하는 평면에 배치되거나 실질적으로 해당 평면에 배치된다.
투영 시스템(PS)은 렌즈 또는 렌즈 그룹(L)을 사용하여, 0차 회절된 빔뿐만 아니라, 1차 또는 1차 이상의 회절된 빔(미도시)을 캡쳐하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 라인에 수직인 방향으로 연장되는 라인 패턴을 이미징하기 위한 쌍극자 조명이 활용되어 쌍극자 조명의 분해능 향상 효과를 활용할 수 있다. 예를 들어, 1차 회절된 빔은 웨이퍼(W)의 레벨에서 대응하는 0차 회절된 빔과 간섭하여 가능한 가장 높은 분해능 및 프로세스 윈도우에서 라인 패턴(MP)의 이미지를 생성한다(즉, 허용가능한 노광 선량 편차와 조합된 이용가능한 초점심도). 일부 실시형태들에서, 비점수차는 방사선 폴(미도시)을 조명 시스템 퓨필(IPU)의 마주보는 사분체들 내에 제공함으로써 감소될 수 있다. 더 나아가, 일부 실시형태들에서, 비점수차는 마주보는 사분체들 내의 방사선 폴과 연관된 투영 시스템의 퓨필 공액(PPU) 내의 0차 빔을 차단함으로써 감소될 수 있다. 이것은 2009년 3월 31일에 발행된 US 7,511,799 B2에 더 상세히 설명되고, 해당 문헌은 그 전체가 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다.
제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어 간섭측정 측정 디바이스, 선형 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 1b에는 미도시)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적 탐색 이후에, 또는 스캔 동안에, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다.
일반적으로, 마스크 테이블(MT)의 이동은, 제 1 위치설정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 설정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 설정)을 이용하여 실현될 수도 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제 2 위치설정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수도 있다. 스테퍼의 경우(스캐너에 반대됨), 마스크 테이블(MT)은 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수도 있고, 또는 고정될 수도 있다. 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(스크라이브 레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려짐)에 위치될 수 있다. 마찬가지로, 마스크(MA)에 두 개 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수도 있다.
마스크 테이블(MT) 및 패터닝 디바이스(MA)는 진공 챔버(V) 내에 있을 수 있는데, 여기에서 진공내 로봇(in-vacuum robot; IVR)이 마스크와 같은 패터닝 디바이스를 진공 챔버 안팎으로 이동시키기 위해서 사용될 수 있다. 또는, 마스크 테이블(MT) 및 패터닝 디바이스(MA)가 진공 챔버 밖에 있는 경우, 진공외 로봇이 진공내 로봇(IVR)과 유사한 다양한 수송 동작을 위해 사용될 수 있다. 진공내 및 진공외 로봇 양자 모두는 임의의 페이로드(예를 들어, 마스크)를 전달 스테이션의 고정된 운동 마운트로 부드럽게 전달하기 위해 조정될 필요가 있다.
리소그래피 장치(100 및 100')는 다음 모드들 중 적어도 하나에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서는, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 본질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 방사선 빔(B)에 부여된 전체 패턴이 한 번에 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광). 그러면, 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)이 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다.
2. 스캔 모드에서는, 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT) 및 기판 테이블(WT)이 동기되어 스캐닝되는 동안, 방사선 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영된다(즉, 단일 동적 노광). 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)에 상대적인 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대율(축소율) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다.
3. 다른 모드에서는, 프로그램가능 패터닝 디바이스를 홀딩하면서 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블(MT)은 실질적으로 정지 상태로 유지되고, 기판 테이블(WT)은 방사선 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟 영역(C) 상에 투영되는 동안에 이동되거나 스캐닝된다. 펄스형(pulsed) 방사선 소스가 채용될 수 있고, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 요구될 때, 기판 테이블(WT)의 각 이동 이후에 또는 스캔 도중의 연속적인 방사선 펄스들 사이에서 업데이트된다. 동작의 이러한 모드는 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.
추가적인 실시형태에서, 리소그래피 장치(100)는 극자외(EUV) 소스를 포함하는데, 이것은 EUV 리소그래피를 위한 EUV 방사선의 빔을 생성하도록 구성된다. 일반적으로, EUV 소스는 방사선 시스템 내에 구성되고, 대응하는 조명 시스템은 EUV 소스의 EUV 방사선 빔을 조절하도록 구성된다.
도 2는 소스 콜렉터 장치(SO), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)을 포함하는 리소그래피 장치(100)를 좀 더 상세하게 도시한다. 소스 콜렉터 장치(SO)는, 진공 환경이 소스 콜렉터 장치(SO)의 밀폐 구조(220) 내에서 유지될 수 있도록 구성되고 배치된다. EUV 방사선 방출 플라즈마(210)는 방전 생성 플라즈마 소스에 의하여 형성될 수 있다. 매우 고온의 플라즈마(210)가 전자기 스펙트럼의 EUV 범위에서 방사선을 방출하도록 생성되는, 가스 또는 증기, 예를 들어 Xe 가스, Li 증기 또는 Sn 증기에 의하여 EUV 방사선이 생성될 수 있다. 매우 고온의 플라즈마(210)는, 예를 들어 적어도 부분적으로 이온화된 플라즈마를 초래하는 전기적 방전에 의하여 생성된다. 예를 들어, Xe, Li, Sn 증기 또는 임의의 다른 적합한 가스 또는 증기의(10) Pa의 분압이 방사선을 효율적으로 생성하기 위하여 필요할 수 있다. 일부 실시형태에서, 여기된 주석(Sn)의 플라즈마가 EUV 방사선을 생성하기 위하여 제공된다.
핫 플라즈마(210)에 의해 방출된 방사선이 소스 챔버(211)로부터 콜렉터 챔버(212) 내로, 소스 챔버(211) 내의 애퍼쳐 내에 또는 뒤에 위치되는 선택적인 가스 베리어 또는 오염물 트랩(230)(일부 경우에는 오염물 베리어 또는 호일 트랩이라고도 불림)을 통해서 전달된다. 오염물 트랩(230)은 채널 구조를 포함할 수 있다. 오염물 트랩(230)은 가스 베리어 또는 가스 베리어와 채널 구조의 조합을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에 표시되는 오염물 트랩 또는 오염물 베리어(230)는 채널 구조를 적어도 포함한다.
콜렉터 챔버(212)는 소위 그레이징 입사 콜렉터일 수 있는 방사선 콜렉터(CO)를 포함할 수 있다. 방사선 콜렉터(CO)는 업스트림 방사선 콜렉터측(251) 및 다운스트림 방사선 콜렉터측(252)을 가진다. 콜렉터(CO)를 횡단하는 방사선은 격자 스펙트럼 필터(240)에 의하여 반사되어 가상 소스 포인트(IF)에 집광될 수 있다. 가상 소스 포인트(IF)는 일반적으로 중간 초점이라고 지칭되고, 소스 콜렉터 장치는, 중간 초점(IF)이 밀폐 구조(220) 내의 개구(219)에 또는 이에 인접하게 위치되도록 정렬된다. 가상 소스 포인트(IF)는 방사선 방출 플라즈마(210)의 이미지이다. 격자 스펙트럼 필터(240)는 특히 적외(IR) 방사선을 억제하기 위해서 사용된다.
후속하여, 방사선은 조명 시스템(IL)을 가로지르는데, 이것은 패터닝 디바이스(MA)에서 방사선 빔(221)의 원하는 각도 분포와 패터닝 디바이스(MA)에서의 방사선 세기의 원하는 균일성을 제공하도록 정렬되는 다면 필드 미러 디바이스(faceted field mirror device; 222) 및 다면 퓨필 미러 디바이스(224)를 포함할 수도 있다. 지지 구조체(MT)에서의 방사선(221)의 빔의 반사 시에, 패터닝된 빔(226)이 형성되고, 패터닝된 빔(226)은 반사성 소자(228, 229)를 통하여 웨이퍼 스테이지 또는 기판 테이블(WT)에 의하여 홀딩되는 기판(W) 상에 투영 시스템(PS)에 의하여 이미징된다.
도시된 것보다 더 많은 요소들이 일반적으로 조명 광학기(IL) 및 투영 시스템(PS) 내에 존재할 수도 있다. 리소그래피 장치의 타입에 따라서 선택적으로 격자 스펙트럼 필터(240)가 존재할 수도 있다. 더욱이, 도 2에 도시된 것보다 더 많은 미러가 존재할 수도 있고, 예를 들어 도 2에 도시되는 투영 시스템(PS) 내에 존재하는 것보다 한 개 내지 여섯 개의 추가적 반사형 요소가 존재할 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 콜렉터 광학기(CO)는 단지 콜렉터(또는 콜렉터 미러)의 일 예로서, 그레이징 입사 반사기(253, 254, 및 255)가 있는 네스팅된 콜렉터로서 도시된다. 그레이징 입사 반사기(253, 254 및 255)는 광축(O)에 축대칭으로 배치되고, 이러한 타입의 콜렉터 광학기(CO)는 바람직하게는 DPP(discharge produced plasma) 소스라고 불리는 방전 생성 플라즈마 소스와 함께 사용된다.
예시적인 리소그래피 셀
도 3은 일부 실시형태에 따르고 가끔 리소셀 또는 클러스터라고도 불리는 리소그래피 셀(300)을 보여준다. 리소그래피 장치(100 또는 100')는 리소그래피 셀(300)의 일부를 형성할 수 있다. 리소그래피 셀(300)은 사전-노광 및 사후-노광 프로세스를 기판에 수행하기 위한 하나 이상의 장치를 더 포함할 수 있다. 통상적으로, 이러한 장치는 레지스트층을 침착시키기 위한 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate; CH), 및 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판을 픽업하여, 이들을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 이들을 리소그래피 장치(100 또는 100')의 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.
예시적인 검사 장치
리소그래피 프로세스가 디바이스 피쳐를 기판 상에 정확하게 배치하도록 제어하기 위하여, 일반적으로 정렬 마크가 기판 상에 제공되고, 리소그래피 장치는 기판 상의 마크의 위치를 정확하게 측정해야 하는 하나 이상의 정렬 장치 및/또는 시스템을 포함한다. 이러한 정렬 장치는 사실상 위치 측정 장치이다. 상이한 타입의 마크와 상이한 타입의 정렬 장치 및/또는 시스템이 상이한 시기와 상이한 제조사로부터 알려져 있다. 현재의 리소그래피 장치에서 널리 사용되는 시스템의 타입은, 미국 특허 번호 제 6,961,116(den Boef 등)에 기술되는 것과 같은 자기-참조(self-referencing) 간섭측정계에 기초한다. 일반적으로, 마크는 X- 및 Y-위치를 얻기 위해 별개로 측정된다. 그러나, 결합된 X- 및 Y- 측정이 미국 공개 번호 제 2009/195768 A(Bijnen 등)에 기술된 기법을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 개시물들 양자 모두의 전체 내용은 원용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
도 4a는 일부 실시형태에 따르는 검사 장치((400)의 단면도의 개략도를 도시한다. 일부 실시형태들에서, 검사 장치(400)는 리소그래피 장치(100 또는 100')의 일부로서 구현될 수 있다. 검사 장치(400)는 기판(예를 들어, 기판(W)을 패터닝 디바이스(예를 들어, 패터닝 디바이스(MA)에 대해서 정렬하도록 구성될 수 있다. 검사 장치(400)는 기판 상의 정렬 마크의 위치를 검출하고 기판을 정렬 마크의 검출된 위치를 사용하여 패터닝 디바이스 또는 리소그래피 장치(100 또는 100')의 다른 컴포넌트에 대해서 정렬시키도록 더 구성될 수 있다. 기판의 이러한 정렬은 기판 상으로의 하나 이상의 패턴의 정확한 노광을 보장할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 검사 장치(400)는 조명 시스템(412), 빔 스플리터(414), 간섭측정계(426), 검출기(428), 빔 분석기(430), 및 오버레이 계산 프로세서(432)를 포함할 수 있다. 조명 시스템(412)은 하나 이상의 통과대역을 가지는 전자기 협대역 방사선 빔(413)을 제공하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 하나 이상의 통과대역은 약 500 nm 내지 약 900 nm의 파장의 스펙트럼 내에 있을 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 통과대역은 약 500 nm 내지 약 900 nm의 파장의 스펙트럼 내의 이산 협대역 통과대역일 수 있다. 조명 시스템(412)은 긴 시간 기간에 걸쳐서(예를 들어, 조명 시스템(412)의 수명에 걸쳐서) 실질적으로 일정한 중심 파장(constant center wavelength; CWL) 값을 가지는 하나 이상의 통과대역을 제공하도록 더 구성될 수 있다. 조명 시스템(412)의 이러한 구성은 위에서 논의된 바와 같이, 현재의 정렬 시스템 내에서 실제 CWL 값이 소망되는 CWL 값으로부터 천이되는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다. 그리고, 결과적으로, 상수 CWL 값을 사용하면 현재의 정렬 장치와 비교할 때 정렬 시스템(예를 들어, 검사 장치(400))의 장기 안정성 및 정확도가 개선될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 빔 스플리터(414)는 방사선 빔(413)을 수광하고, 방사선 빔(413)을 적어도 두 개의 방사선 서브-빔으로 분할하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방사선 빔(413)은 도 4a에 도시된 바와 같이 방사선 서브-빔(415 및 417)으로 분할될 수 있다. 빔 스플리터(414)는 방사선 서브-빔(415)을 스테이지(422) 상에 배치된 기판(420) 상으로 지향시키도록 더 구성될 수 있다. 일 예에서, 스테이지(422)는 방향(424)을 따라서 이동가능하다. 방사선 서브-빔(415)은 기판(420) 상에 위치된 정렬 마크 또는 타겟(418)을 조명하도록 구성될 수 있다. 정렬 마크 또는 타겟(418)은 방사선 감응 필름으로 코팅될 수 있다. 일부 실시형태에서는, 정렬 마크 또는 타겟(418)이 180 도(즉, 180°) 대칭성을 가질 수 있다. 즉, 정렬 마크 또는 타겟(418)이 정렬 마크 또는 타겟(418)의 평면에 수직인 대칭축 중심으로 180° 회전되면, 회전된 정렬 마크 또는 타겟(418)이 회전되지 않은 정렬 마크 또는 타겟(418)과 실질적으로 같을 수 있다. 기판(420) 상의 타겟(418)은, 예를 들어 (a) 솔리드 레지스트 라인으로 형성된 바들을 포함하는 레지스트층 격자, 또는 (b) 제품 층 격자, 또는 (c) 제품 층 격자 상에 오버레이되거나 인터리빙된 레지스트 격자를 포함하는 오버레이 타겟 구조체 내의 합성물 격자 스택일 수 있다. 바들은 이와 달리 기판 내로 에칭될 수도 있다. 이러한 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. 선폭, 피치, 및 임계 치수의 측정을 위한 디바이스 제조에서 사용되는 하나의인-라인 방법은 "산란측정"이라고 알려져 있는 기밥을 사용한다. 산란측정 방법은 Raymond 등, "Multiparameter Grating Metrology Using Optical Scatterometry", J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 15, no. 2, pp. 361-368 (1997) 및 Niu 등, "Specular Spectroscopic Scatterometry in DUV Lithography", SPIE, Vol. 3677 (1999)에서 설명되고, 이들 양자 모두는 그 전체로서 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다. 산란측정에서는, 광이 타겟 내의 주기적 구조체에 의해 반사되고, 주어진 각도에서의 결과적으로 얻어지는 반사 스펙트럼이 검출된다. 반사 스펙트럼을 야기하는 구조체가, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(RCWA)을 사용하거나 시뮬레이션에 의해 유도된 패턴의 라이브러리와의 비교에 의해서 복원된다. 이에 따라, 프린트된 격자의 산란 데이터가 격자를 복원하는데 이용된다. 인쇄 단계 및/또는 다른 산란 프로세스의 지식으로부터, 라인 폭 및 형상과 같은 격자의 파라미터가 처리 유닛(PU)에 의해 수행되는 복원 프로세스에 입력될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 빔 스플리터(414)는 일 실시형태에 따라서 회절 방사선 빔(419)을 수광하고, 회절 방사선 빔(419)을 적어도 두 개의 방사선 서브-빔으로 분할하도록 더 구성될 수 있다. 회절 방사선 빔(419)은 도 4a에 도시된 바와 같이 회절 방사선 서브-빔(429 및 439)으로 분할될 수 있다.
빔 스플리터(414)가 방사선 서브-빔(415)을 정렬 마크 또는 타겟(418)을 향해서 지향시키고 회절된 방사선 서브-빔(429)을 간섭측정계(426)를 향해서 지향시키는 것으로 도시되지만, 본 발명은 그렇게 한정되는 것이 아니라는 것에 주의해야 한다. 기판(420) 상의 정렬 마크 또는 타겟(418)을 조명하고 정렬 마크 또는 타겟(418)의 이미지를 검출하는 유사한 결과를 얻기 위해서 다른 광학 구성이 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 간섭측정계(426)는 방사선 서브-빔(417) 및 회절된 방사선 서브-빔(429)을 빔 스플리터(414)를 통해서 수광하도록 구성될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 회절된 방사선 서브-빔(429)은 정렬 마크 또는 타겟(418)으로부터 반사될 수 있는 방사선 서브-빔(415)의 적어도 일부일 수 있다. 이러한 실시형태의 일 예에서, 간섭측정계(426)는 임의의 적절한 세트의 광학-요소, 예를 들어 수광된 회절 방사선 서브-빔(429)에 기반하여 정렬 마크 또는 타겟(418)의 두 개의 이미지를 형성하도록 구성될 수 있는 프리즘들의 조합을 포함한다. 고품질의 이미지가 형성될 필요가 없을 수 있지만 정렬 마크(418)의 피쳐들은 해상되어야 한다는 것이 이해되어야 한다. 간섭측정계(426)는 두 개의 이미지 중 하나를 두 개의 이미지 중 다른 것에 대하여 180° 회전시키고, 회전된 이미지와 회전되지 않은 이미지를 간섭측정식으로 재결합하도록 더 구성될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 검출기(428)는 재결합된 이미지를 간섭측정계 신호(427)를 통해서 수광하고, 검사 장치(400)의 정렬 축(421)이 정렬 마크 또는 타겟(418)의 대칭(미도시)의 중심을 통과할 때에 재결합된 이미지의 결과로서 간섭을 검출하도록 구성될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에 따르면, 이러한 간섭은 180° 대칭인 정렬 마크 또는 타겟(418), 및 보강적 또는 상쇄적으로 간섭하는 재결합된 이미지에 기인할 수 있다. 검출된 간섭에 기반하여, 검출기(428)는 정렬 마크 또는 타겟(418)의 대칭의 중심의 위치를 결정하고, 결과적으로 기판(420)의 위치를 검출하도록 더 구성될 수 있다. 일 예에 따르면, 정렬 축(421)은 기판(420)에 수직이고 이미지 회전 간섭측정계(426)의 중심을 통과하는 광 빔과 정렬될 수 있다. 검출기(428)는 센서 특성을 구현하고 웨이퍼 마크 프로세스 변동과 상호작용함으로써 정렬 마크 또는 타겟(418)의 위치를 추정하도록 더 구성될 수 있다.
추가적인 실시형태에서, 검출기(428)는 다음의 측정 중 하나 이상을 수행함으로써 정렬 마크 또는 타겟(418)의 대칭 중심의 위치를 결정한다:
1. 다양한 파장에 대한 위치 변동을 측정하는 것(색들 사이의 위치 천이);
2. 다양한 차수에 대한 위치 변동을 측정하는 것(회절 차수들 사이의 위치 천이); 및
3. 다양한 편광에 대한 위치 변동을 측정하는 것(편광들 사이의 위치 천이).
예를 들어, 이러한 데이터는 임의의 타입의 정렬 센서, 예를 들어 하나의 검출기 및 네 개의 상이한 파장을 가지는 자기-참조 간섭측정계를 채용하고 정렬 신호를 소프트웨어에서 추출하는, 미국 특허 번호 제 6,961,116에 기술된 바와 같은 SMASH(SMart Alignment Sensor Hybrid) 센서, 또는 일곱 개의 회절 차수 각각을 전용 검출기를 향해서 지향시키는, 미국 특허 번호 제 6,297,876에 기술된 바와 같은 Athena(Advanced Technology using High order ENhancement of Alignment)를 사용하여 획득될 수 있고, 이러한 문서 양자 모두는 그 전체로서 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다.
일부 실시형태들에서, 빔 분석기(430)는 회절된 방사선 서브-빔(439)을 수광하고 광학 상태를 결정하도록 구성될 수 있다. 광학 상태는 빔 파장, 편광, 또는 빔 프로파일의 척도일 수 있다. 빔 분석기(430)는 스테이지(422)의 위치를 결정하고 스테이지(422)의 위치를 정렬 마크 또는 타겟(418)의 대칭 중심의 위치와 상관시키도록 더 구성될 수 있다. 이와 같이, 정렬 마크 또는 타겟(418)의 위치 및, 결과적으로 기판(420)의 위치가 스테이지(422)에 대해서 정확하게 알려질 수 있다. 또는, 정렬 마크 또는 타겟(418)의 대칭 중심이 검사 장치(400) 또는 임의의 다른 레퍼런스 요소에 대해서 알려질 수 있게끔, 빔 분석기(430)는 검사 장치(400) 또는 임의의 다른 레퍼런스 요소의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 빔 분석기(430)는 일부 형태의 파장-대역 선택도를 가지는 포인트 또는 이미징 편광계일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 빔 분석기(430)는 검사 장치(400) 내에 직접 통합되거나, 다른 실시형태에 따라서 편광 보존 단일 모드, 멀티모드, 또는 이미징의 여러 타입의 섬유 광학기를 통해서 연결될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 빔 분석기(430)는 기판(420) 상의 두 개의 패턴 사이의 오버레이 데이터를 결정하도록 더 구성될 수 있다. 이러한 패턴 중 하나는 레퍼런스 층 상의 레퍼런스 패턴일 수 있다. 다른 패턴은 노광된 층 상의 노광된 패턴일 수 있다. 레퍼런스 층은 기판(420) 상에 이미 존재하는 에칭된 층일 수 있다. 레퍼런스 층은 리소그래피 장치(100 및/또는 100')에 의하여 기판 상에 노광된 레퍼런스 패턴에 의해서 생성될 수 있다. 노광된 층은 레퍼런스 층에 인접하게 노광된 레지스트 층일 수 있다. 노광된 층은 리소그래피 장치(100 또는 100')에 의해서 기판(420) 상에 노광된 노광 패턴에 의해서 생성될 수 있다. 기판(420) 상의 노광된 패턴은 스테이지(422)에 의한 기판(420)의 이동에 대응할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 측정된 오버레이 데이터는 레퍼런스 패턴 및 노광 패턴 사이의 오프셋을 더 표시할 수 있다. 교정 이후에 노광된 층 및 레퍼런스 층 사이의 오프셋이 최소화될 수 있도록, 측정된 오버레이 데이터는 리소그래피 장치(100 또는 100')에 의해서 노광되는 노광 패턴을 교정하기 위한 교정 데이터로서 사용될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 빔 분석기(430)는 기판(420)의 제품 스택 프로파일의 모델을 결정하도록 더 구성될 수 있고, 타겟(418)의 오버레이, 임계 치수, 및 초점을 단일 측정에서 측정하도록 구성될 수 있다. 제품 스택 프로파일은 정렬 마크, 타겟(418), 또는 기판(420)과 같은 적층된 제품에 대한 정보를 포함하고, 조명 변동의 함수인 마크 프로세스 변동-유발형 광학 서명 계측을 포함한다. 제품 스택 프로파일은 제품 격자 프로파일, 마크 스택 프로파일, 및 마크 비대칭 정보를 더 포함할 수 있다. 빔 분석기(430)의 일 예는 미국 특허 번호 제 8,706,442에 기술된 바와 같은, ASML, Veldhoven, Netherlands에 의해 제조된 YieldstarTM로 알려진 계측 장치에서 발견될 수 있는 것인데, 이러한 문서는 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 빔 분석기(430)는 해당 층 내의 노광된 패턴의 특정한 속성에 관련된 정보를 처리하도록 더 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 분석기(430)는 해당 층 내의 표시된 이미지의 오버레이 파라미터(기판 상의 이전의 층에 대한 해당 층의 위치설정 정확도 또는 기판 상의 마크에 대한 제 1 층의 위치설정 정확도의 표시), 초점 파라미터, 및/또는 임계 치수 파라미터(예를 들어, 선폭 및 그 변동)를 처리할 수 있다. 다른 파라미터는 노광된 패턴의 표시된 이미지의 품질에 관련된 이미지 파라미터이다.
일부 실시형태들에서, 검출기(미도시)의 어레이가 빔 분석기(430)에 연결될 수 있고, 및 후술되는 바와 같이 정확한 스택 프로파일 검출이 이루어질 가능성이 생기게 한다. 예를 들어, 검출기(428)는 검출기들의 어레이일 수 있다. 검출기 어레이에 대해서, 여러 옵션들이 가능하다: 멀티모드 섬유의 번들, 채널마다의 이산 핀 검출기, 또는 CCD 또는 CMOS(선형) 어레이. 멀티모드 섬유의 번들을 사용하면 임의의 소산 요소가 안정성의 이유 때문에 멀리 위치될 수 있다. 이산 PIN 검출기는 큰 동적 범위를 제공하지만 별개의 사전-앰프를 각각 필요로 한다. 그러므로, 요소들의 개수가 제한된다. CCD 선형 어레이는 고속으로 판독될 수 있고, 위상-스테핑 검출이 사용될 경우에는 특히 관심을 받는 많은 요소를 제공한다.
일부 실시형태들에서, 도 4b에 도시된 바와 같이 제 2 빔 분석기(430)는 회절된 방사선 서브-빔(429)을 수광하고 광학 상태를 결정하도록 구성될 수 있다. 광학 상태는 빔 파장, 편광, 또는 빔 프로파일의 척도일 수 있다. 제 2 빔 분석기(430')는 빔 분석기(430)와 같을 수 있다. 또는, 제 2 빔 분석기(430')는 적어도 빔 분석기(430)의 모든 기능, 예컨대 스테이지(422)의 위치를 결정하는 것 및 스테이지(422)의 위치를 정렬 마크 또는 타겟(418)의 대칭 중심의 위치와 상관시키는 것을 수행하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 정렬 마크 또는 타겟(418)의 위치 및, 결과적으로 기판(420)의 위치가 스테이지(422)에 대해서 정확하게 알려질 수 있다. 정렬 마크 또는 타겟(418)의 대칭 중심이 검사 장치(400) 또는 임의의 다른 레퍼런스 요소에 대해서 알려질 수 있게끔, 제 2 빔 분석기(430)는 검사 장치(400) 또는 임의의 다른 레퍼런스 요소의 위치를 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제 2 빔 분석기(430')는 두 개의 패턴 사이의 오버레이 데이터 및 기판(420)의 제품 스택 프로파일의 모델을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 제 2 빔 분석기(430')는 타겟(418)의 오버레이, 임계 치수, 및 초점을 단일 측정에서 측정하도록 더 구성될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제 2 빔 분석기(430)는 검사 장치(400) 내에 직접 통합될 수 있고, 또는 다른 실시형태에 따라서 편광 보존 단일 모드, 멀티모드, 또는 이미징의 여러 타입의 섬유 광학기를 통해서 연결될 수 있다. 또는, 제 2 빔 분석기(430') 및 빔 분석기(430)는 결합되어 양자 모두의 회절된 방사선 서브-빔(429 및 439)을 수광하고 광학 상태를 결정하도록 구성된 단일 분석기(미도시)를 형성할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 프로세서(432)는 검출기(428) 및 빔 분석기(430)로부터 정보를 수신한다. 예를 들어, 프로세서(432)는 오버레이 계산 프로세서일 수 있다. 이러한 정보는 빔 분석기(430)에 의해 구성된 제품 스택 프로파일의 모델을 포함할 수 있다. 또는, 프로세서(432)는 제품 마크 프로파일의 모델을 제품 마크에 대한 수신된 정보를 사용하여 구성할 수 있다. 어느 경우에서나, 프로세서(432)는 적층된 제품의 모델 및 오버레이 마크 프로파일을 제품 마크 프로파일의 모델을 사용하거나 포함하여 구성한다. 그러면, 스택 모델은 오버레이 오프셋을 결정하고 오버레이 오프셋 측정에 대한 스펙트럼 효과를 최소화하기 위해서 사용된다. 프로세서(432) 검출기(428) 및 빔 분석기(430)로부터 수신되고 조명 빔의 광학 상태, 정렬 신호, 연관된 위치 추정, 및 퓨필, 이미지, 및 추가적인 평면 내의 광학 상태를 비한정적으로 포함하는 정보에 기반하여 기본적인 정정 알고리즘을 생성할 수 있다. 퓨필 평면은, 방사선의 방사 위치(radial position)가 입사각을 정하고, 각도 위치가 방사선의 방위각을 정하는 평면이다. 프로세서(432)는 기본적인 정정 알고리즘을 사용하여 웨이퍼 마크 및/또는 정렬 마크(418)에 대하여 검사 장치(400)를 특성화할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 프로세서(432)는 각각의 마크에 대한 센서 추정치에 관한 인쇄된 패턴 위치 오프셋 오차를 검출기(428) 및 빔 분석기(430)로부터 수신된 정보에 기반하여 결정하도록 더 구성될 수 있다. 이러한 정보는 제품 스택 프로파일, 오버레이의 측정치, 임계 치수, 및 기판(420) 상의 각각의 정렬 마크 또는 타겟(418)의 초점을 포함하지만 이들로 한정되지 않는다. 프로세서(432)는 마크들을 유사한 상수 오프셋 오차의 세트로 그룹화하는 클러스터링 알고리즘을 활용하고, 정렬 오차 오프셋 정정 테이블을 이러한 정보에 기반하여 생성할 수 있다. 클러스터링 알고리즘은 오버레이 측정치, 위치 추정치, 및 오프셋 오차들의 각각의 세트와 연관된 추가적인 광학 스택 프로세스 정보에 기반할 수 있다. 오버레이는 여러 상이한 마크, 예를 들어 프로그래밍된 오버레이 오프셋 주위에서 양의 바이어스 및 음의 바이어스를 가지는 오버레이 타겟에 대해서 계산된다. 최소 오버레이를 측정하는 타겟이 레퍼런스로서 취해진다(이것이 최선의 정확도로 측정되기 때문임). 측정된 이러한 작은 오버레이, 및 그 대응하는 타겟의 공지된 프로그래밍된 오버레이로부터, 오버레이 오차가 추론될 수 있다. 표 1은 이것이 어떻게 수행될 수 있는지를 예시한다. 이러한 예에서의 측정된 최소 오버레이는 -1 nm이다. 그러나, 이것은 -30 nm의 프로그래밍된 오버레이를 가지는 타겟과 관련된다. 결과적으로, 프로세스는 29 nm의 오버레이 오차를 도입했어야 한다.
표 1
프로그래밍된 오버레이 -70 -50 -30 -10 10 30 50
측정된 오버레이 -38 -19 -1 21 43 66 90
측정된 오버레이와 프로그래밍된 오버레이 사이의 차이 32 31 29 31 33 36 40
오버레이 오차 3 2 - 2 4 7 11
최소 값은 레퍼런스 포인트가 되도록 취해질 수 있고, 이것에 상대적으로, 오프셋이 측정된 오버레이 및 프로그래밍된 오버레이에 기인하여 기대된 오버레이 사이에서 계산될 수 있다. 이러한 오프셋은 유사한 오프셋을 가지는 각각의 마크 또는 마크들의 세트에 대한 오버레이 오차를 결정한다. 그러므로, 표 1의 예에서, 측정된 최소 오버레이는 타겟 위치에서 -1 nm이고 프로그래밍된 오버레이는 30 nm이다. 다른 타겟에서의 기대된 오버레이 및 측정된 오버레이 사이의 차이가 이러한 레퍼런스와 비교된다. 표 1과 같은 표는 상이한 조명 설정 하의 마크 및 타겟(418)으로부터도 획득될 수 있고, 최소 오버레이 오차 및 그 대응하는 교정 인자를 초래하는 조명 설정이 결정되고 선택될 수 있다. 이것에 후속하여, 프로세서(432)는 마크들을 유사한 오버레이 오차의 세트로 그루핑할 수 있다. 마크들을 그루핑하기 위한 기준들은 상이한 프로세스 제어, 예를 들어 상이한 프로세스에 대한 상이한 오차 공차에 기반하여 조절될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 프로세서(432)는 그룹의 모든 부재 또는 대부분의 부재가 유사한 오프셋 오차를 가진다고 확정하고, 클러스터링 알고리즘으로부터의 개별적인 오프셋 정정을 자신의 추가적인 광학 스택 계측에 기반하여 각각의 마크에 적용할 수 있다. 프로세서(432)는 각각의 마크에 대한 정정을 결정하고, 예를 들어 정정을 검사 장치(400)로 공급함으로써 오버레이에 있는 오차를 정정하기 위해서, 이러한 정정을 리소그래피 장치(100 또는 100')로 공급할 수 있다.
가간섭성 스크램블러를 사용하는 예시적인 조명 시스템
IC가 계속 작아지기 때문에, 리소그래피 툴의 사용자는 효율적인 웨이퍼 사용을 최대화하기 위한 그들의 노력의 일환으로 더 작고 더 고밀도로 패킹된 정렬 마크를 요구하게 된다. 일부 실시형태들에서, 웨이퍼 상의 리소그래피 피쳐의 개수가 증가되면 웨이퍼마다 검사되어야 하는 타겟의 개수도 증가한다. 웨이퍼마다 더 많은 타겟을 검사하면 생산 쓰루풋이 낮아질 수 있다. 그러므로, 검사 시스템이 타겟을 더 빠르게 검사하는 것이 바람직하다. 웨이퍼 검사 속도는, 예를 들어 측정마다의 시간을 줄임으로써(예를 들어, 더 많은 광자를 수집함으로써) 증가될 수 있다. 레이저는 강력한 조명 소스의 일 예이다. 그러나, 레이저는 가간섭성 방사선을 제공하고, 이것은 조명 및 검출된 빔 내에 스페클이 형성되게 할 수 있다. 스페클은 가간섭성 방사선의 간섭을 일으키는 부분들에 기인하여 방사선 빔 내에 형성될 수 있다. 그러면, 스페클링(speckling)이 광학 측정이 부정확한 결과(예를 들어, 부정확한 정렬 위치)를 제공하게 할 수 있다. 비간섭성 방사선 소스는 세기를 제한하는 것을 희생하여(예를 들어, 타겟 상의 적은 광자 숫자) 스페클링 이슈를 회피할 수 있다.
"가간섭성 스크램블링(coherence scrambling)" 등의 용어는 본 명세서에서 가간섭성 방사선이 부분적으로 또는 전체적으로 비간섭성 또는 준-가간섭성 방사선으로 변환되는 현상을 가리키기 위해서 사용될 수 있다. 가간섭성 스크램블링은, 예를 들어 방사선 빔의 비간섭성을 증가시키는 것 또는 준-가간섭성 파면의 공간적 세기 분포를 시간에 걸쳐 변경하는 것을 수반할 수 있다.
가간섭성 조명 소스는 더 높은 세기를 가지는 방사선 빔을 생성할 수 있고, 방사선의 전통적인 비간섭성 소스보다 에너지 효율성이 높다. 일부 실시형태들에서, 가간섭성 방사선은 이것을 비간섭성 방사선으로 변환하기 위해서 분열될 수 있다. 한 가지 방법은 기계적 가간섭성 스크램블러를 사용하는 것일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기계적 가간섭성 스크램블러는 가간섭성 방사선의 소스 및 회전 확산기 플레이트를 포함한다. 가간섭성 방사선은 회전 확산기 플레이트 상에 입사할 수 있다. 방사선은 무작위화된 위상을 가지고 산란될 수 있다. 무작위화된 위상은 조명이 시간에 따라 변하는 거친 표면 상에 입사하는 것에 기인하거나, 회전 확산기 플레이트의 회전에 기인할 수 있다. 그러면, 산란된 광이 수집되어 비간섭성 방사선의 빔이 되고, 타겟으로 전송될 수 있다. 비간섭성 방사선의 빔은 회전 확산기 플레이트의 거칠기 프로파일 및 그 회전 속도에 기반한 속도에서 계속 변하는 스페클 패턴을 생성할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 계측 시스템은 타겟으로 전송할 비간섭성 방사선의 빔을 생성하기 위한 기계적 가간섭성 스크램블러를 포함할 수 있다. 타겟으로부터의 조명이 검출기에서 수집될 때에, 변동하는 스페클 패턴이 누산될 수 있도록(예를 들어, 평균화됨) 유한 검출 기간이 선택된다.
기계적 가간섭성 스크램블러는 다양한 단점을 가진다. 일부 실시형태들에서, 확산기 플레이트는 광자의 비효율적 사용을 초래할 수 있고(예를 들어, 많은 부유 광자가 손실됨), 따라서 가간섭성 방사선 소스로부터의 높은 세기의 장점을 줄인다. 측정 속도의 경우, 산업계의 요구는 타겟을 밀리초 이하 동안에 측정할 수 있는 계측 시스템을 향해 가고 있다. 가간섭성 스크램블러는 적절한 평균화를 획득하기 위해서, 스페클 패턴을, 예를 들어 검출 기간 동안 1000 번이 넘게 변경시켜야 할 수 있다. 그러나, 회전 확산기 플레이트는 kHz의 범위에 속하는 회전 속도로 한정될 수 있다. 따라서, 회전 확산기 플레이트는 신속하게 변하는 스페클 패턴을 제공하는 것이 불가능할 수 있다. 추가적으로, 고속으로 이동하는 기계적 컴포넌트를 클린 환경(예를 들어, 리소그래피 장치) 내에서 가진다는 것은, 진동 및 재앙적인 고장(예를 들어, 회전 요소가 발사체를 생성할 때의 수선불가능한 손상 또는 리소그래피 장치의 오염)과 같은 문제점을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시형태는, 예를 들어 강력한 가간섭성 조명 소스를 타겟을 조명하기 위한 강력한 비간섭성 조명 소스로 변환하기 위한 가간섭성 스크램블러를 사용하여, 기판상의 구조체들의 검사를 더 신속하고 효율적으로 수행하기 위한 구조체 및 기능을 제공한다. 본 발명의 실시형태는 가간섭성 조명의 시간적 및 공간적 스크램블링을 획득하기 위한 구조체 및 방법을 제공한다. 일부 실시형태들에서, 가간섭성 스크램블러 구조체 및 기능은 메타표면(즉, 메타물질)을 사용하여 구현될 수 있다. 가간섭성 스크램블러를 구현하는 실시형태를 설명하기 이전에 메타표면에 관련된 구조체 및 기능을 제공하는 것이 도움이 될 것이다.
메타표면은 고유하고 소망되는 광학적 속성을 제공하도록 연구되고 제작될 수 있다. 예를 들어, 파면은 광로를 따라서 위상 천이 또는 위상 불연속성을 도입함으로써 제어될 수 있다. 일부 양태들에서, 메타표면은 다공진 공진기들의 어레이를 포함하는 공진기 구조체를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 공진기는 전기-자기 캐비티, 애퍼쳐, 양자점, 나노입자 클러스터, 또는 플라즈모닉(plasmonic) 안테나를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 메타표면은 임의의 방향으로 빛을 반사하거나 투과시키도록 구성된 액정 메타표면일 수 있다.
일부 실시형태들에서, 메타표면의 계면을 통과하는 빔의 전파는 일반화된 스넬법칙을 사용하여 기술될 수 있다. 일반화된 스넬의 굴절 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기에서 θi는 빔의 입사각이고, ni는 제 1 매질의 굴절률 이며, nt는 제 2 매질의 굴절률이고, θt는 굴절각이며, λ0는 광 파장이고, 는 제 1 매질 및 제 2 매질 사이의 계면에 따른 위상 불연속성의 그레디언트이다. 수학식 1 내의 0이 아닌 위상 그레디언트 때문에(즉, 메타표면에 의해 도입된 위상 천이 때문에), 수직 입사 광이 0이 아닌 굴절각을 초래한다. 따라서, 수직 입사 광 빔은 상세히 후술되는 바와 같이 인터페이스를 따라서 위상 불연속성을 도입함으로써 조향될 수 있다.
도 5는 일부 실시형태에 따르는 광학 요소(메타표면)(502)를 예시한다. 광학 요소(502)는 기판(506) 및 요소(508)를 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 요소(또는 세그멘트화)(508)는 입사 빔(504)에 불균일한 위상 천이를 도입할 수 있다. 요소(508)는 소망되는 위상 천이 또는 위상 지연을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 양태들에서, 입사 빔(504)은 광학 요소(502)의 표면에서 수직 입사할 수 있다.
일부 양태들에서, 요소(508)는 기판(506) 위에 장착될 수 있다. 기판(506)은 입사 방사선 또는 입사 빔(504)의 동작 파장에서 투명한 재료로 형성될 수 있다. 일부 양태들에서, 기판(506)은 가시광 범위 내에서 투명할 수 있다. 예를 들어, 기판(506)은 약 380 nm 내지 750 nm의 가시광 범위 내의 파장을 가지는 입사 빔에 대해서 실리카 유리로 형성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 요소(508)는 기판(506) 안에 있을 수 있다(예를 들어, 액정 내의 나노입자들의 혼합물).
일부 실시형태들에서, 각각의 요소(508)의 형상 및/또는 크기는 입사 빔(504)에 대하여 소망되는 천이 지연, 및 따라서 소망되는 굴절각을 획득하도록 변경될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 요소(508)는 플라스모닉(plasmonic) 안테나일 수 있다. 출력 파면의 전체 제어를 제공하기 위해서, 0 - 2π의 범위에 걸친 위상 천이가 소망된다. 일부 양태들에서, 플라스모닉 안테나는 금속, 예컨대 금, 은, 및 알루미늄으로, 또는 고도로 도핑된 반도체, 예컨대 갈륨 비소로 형성될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 위상 천이는 튜닝가능하거나 조절가능할 수 있고, 이것이 빔이 조향될 수 있게 한다. 예를 들어, 외부 신호(예를 들어, 빛, 전압, 자기장, 또는 탄성 변형)가 메타표면(502)에 적용되어, 메타표면(502)의 하나 이상의 광학 속성을 변경할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 그 위에 요소들이 실장된 기판(506)은 전기-광학 재료 또는 전계-광학적 효과, 열적 효과, 또는 광학적 흡수를 통하여 그 광학적 속성을 변경할 수 있는 다른 재료로 제작될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 기판(506)은 공중합체 필름(예를 들어, DR1-MMA) 또는 액정과 같은 전기-광학 재료로 형성될 수 있다. 메타표면(502)의 양면 모두는 도전성 재료를 사용하여 코팅될 수 있다. 일부 양태들에서, 메타표면(502)은 두 개의 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide; TCO) 층을 포함할 수 있다. 전압이 TCO 층들 사이에 인가되어 전기-광학 재료의 굴절률을 변경시킬 수 있다. 일부 양태들에서, 입사 광 빔 또는 방사선은 메타표면(502)의 굴절률의 변경에 기인하여 인가된 전압을 변경함으로써 조향될 수 있다.
도 6은 일부 실시형태에 따르는 광학 디바이스(600)를 예시한다. 광학 디바이스(600)는 메타표면(602), 광학 요소(610), 및 제어기(612)를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 광학 요소(610)는 멀티-모드 도파로를 포함할 수 있다.
메타표면(602)의 제 1 면 상의 입사 광 방사선(예를 들어 빔)(604)은 다른 면으로부터 재방출될 수 있다. 재방출된 광 방사선은 광학 요소(610)의 입력에 커플링될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제어기(612)는 굴절된 각도에 변화를 초래하는 메타표면(602)의 광학 속성을 변경하도록 구성된다. 일부 양태들에서, 광학적 속성은 전기-광학 효과, 열-광학 효과, 및/또는 압전 효과를 사용하여 변경될 수 있다. 따라서, 출사 빔(614)은 제어기(612)를 사용하여 조향될 수 있다. 일부 양태들에서, 출사 빔(614)은 도 6에 도시된 바와 같이 위치 A 및 위치 B 사이에서 조향될 수 있다. 일부 양태들에서, 제어기(612)는 광학적 속성에 변화가 생기게 하는 신호를 생성하도록 구성된다. 신호는 무작위로 생성될 수 있다. 따라서, 스페클 패턴이 광학 요소(610) 내에서 무작위로 스위칭된다.
일부 실시형태들에서, 광학 디바이스(600)는 도 4a 및 도 4b의 조명 시스템(412) 내에서 사용될 수 있다.
공간적 가간섭성 스크램블러
도 7은 일부 실시형태에 따르는 공간적 가간섭성 스크램블러(700)를 예시한다. 공간적 가간섭성 스크램블러(700)는 도 4a 및 도 4b의 조명 시스템(412)에서 사용될 수 있다. 공간적 가간섭성 스크램블러(700)는 메타표면(702), 광학 요소(710)(예를 들어, 멀티모드 도파로, 광섬유), 제 1 전극(716), 및 제 2 전극(718)을 포함할 수 있다. 제 1 전극(716) 및 제 2 전극(718)은 메타표면(702)에 또는 이에 인접하게 배치될 수 있다. 전극(716 및 718)은 메타표면(702)의 정반대의 반대면들에 배치될 수 있다. 전극(716)은 전압 V(t)를 수신할 수 있다(예를 들어, 제어기(712) 또는 파워 서플라이로부터). 전극(718)은 전극(716)에 대한 레퍼런스 전압(예를 들어, 접지)을 제공할 수 있다. 전극(716 및 718)은 메타표면(702) 내에서의 전기적 효과를 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
메타표면(702)은 빔을 광학 요소(710) 내에서 무작위로 조향할 수 있다. 광학 요소(710)는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 유전체 재료는 주변을 둘러싸는 재료에 비해 높은 굴절률에 기인하여 멀티모드 도파로로서의 역할을 수행한다.
일부 실시형태들에서, 메타표면(702)은 다수의 서브유닛(또는 셀)(702a, 702b, 702c, 702d)을 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 동일한 전압이 다수의 서브유닛(702a, 702b, 702c, 702d)에 인가되어 모든 서브유닛들에 걸쳐서 동일한 위상 천이를 획득한다. 따라서, 입사 빔(또는 방사선)(704)은 인가된 전압에 기반하여 단일 방향을 향해서 천이된다.
일부 실시형태들에서, 방사선 빔(704)은 방사선 소스(720)에 의하여 생성될 수 있다. 방사선 소스(720)에 의해서 생성된 방사선은 가간섭성 방사선일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 방사선 소스(720)는 브로드밴드 파장 또는 두 개 이상의 협대역 파장을 생성하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 방사선 소스(720)는 선택가능한 파장(예를 들어, , … )의 범위 중 하나의 파장을 가진 빔(들)을 생성할 수 있다. 멀티-파장 가간섭성 방사선 소스는 상업적으로 입수가능하다. 방사선 소스(720)는 하나 이상의 방사선 소스(예를 들어, 레이저 다이오드)일 수 있다. 방사선 소스(720)가 공간적 가간섭성 스크램블러(700)의 외부에 있을 수 있다(예를 들어, 도 4a의 조명 시스템(412) 내의 광원)는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시형태들에서, 제어기(712)는 전압 V(t)를 변경하여 방사선 빔(704)의 방향을 제어하도록 구성된다. 제어기(712)가 공간적 가간섭성 스크램블러(700)의 외부에 있을 수 있다(예를 들어, 계측 시스템 또는 리소그래피 시스템 내의 제어기)는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시형태들에서, 광학 요소(710)는 인커플링된 방사선 및 출력 방사선 빔(714)을 유도할 수 있다. 방사선 빔(714)은 타겟(미도시) 상에 입사할 수 있다. 방사선 빔(714)은 광학 요소(710) 내의 전파 모드에 기반하는 스페클 패턴을 가질 수 있다. 입사각(즉, 광학 요소(710)의 입력 상의 입사각)에 응답하여, 스페클 응답이 광학 요소(710)의 출력에서 관찰된다. 스페클 응답 또는 에탕듀는 입사각 또는 광학 요소(710) 내의 여기된 모드들의 개수의 변화에 기반하여 그 특성을 변경할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제어기(712)는 약 10 kHz 이상, 100 kHz 이상, 1 MHz 이상, 10 MHz 이상, 100 MHz 이상, 1 GHz 이상, 또는 10 GHz 이상의 주파수에서 전압 V(t)를 조절할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 전압은 고속으로 변하고, 이것은 이제 누산되면 광의 공간적 분포의 스크램블링을 생성하는, 고속으로 변하는 에탕듀 형상(예를 들어, 테라헤르쯔)을 초래한다.
용어 "에탕듀"는 본 명세서에서 전파 방향 및 공간적 분포(예를 들어, 원점에 대한 입체각)에 기반하여 조명 세기의 확산을 특징짓는 광학 시스템의 광의 속성을 가리키도록 사용될 수 있다.
다시 도 4a 를 참조하면, 일부 실시형태들에서, 검출기(428)는 카메라(예를 들어, CCD 카메라)를 포함할 수 있다. 카메라는 타겟(418)의 하나 이상의 이미지를 획득하기 위하여 사용될 수 있다. 검출기(428)가 시변 스페클 패턴을 가지는 방사선을 수광할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예시적인 스페클 패턴이 삽도(724)에 의해 도시된다. 각각의 검출기 요소(예를 들어, 픽셀)에서 수광된 총 세기는 시간 기간에 걸쳐서 누산(또는 수집)될 수 있다. 따라서, 스페클링의 효과는 각각의 검출기 요소에 대해서 평균화될 수 있다. 공간적 가간섭성 스크램블러(700)가 스페클 패턴의 고속 스위칭을 허용하기 때문에, 검출기(428)는 1s 이하, 1 ms 이하, 100 μs 이하, 10 μs 이하, 1 μs 이하, 또는 100 ns 이하의 기간에 걸쳐서 평균화된 스페클 패턴을 가지는 이미지를 생성할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 메타표면(예를 들어, 도 6 의 메타표면(602))은 입사 방사선 빔을 반사할 수 있다. 따라서, 방사선이 메타표면의 동일한 면에서 수광되고 재방출된다. 일부 양태들에서, 반사된 방사선 빔은 본 명세서에서 전술된 바와 같이 조절될 수 있다. 반사된 방사선 빔은 도파로로 커플링되거나 타겟으로 지향될 수 있다. 그러면 반사된 방사선 빔이 메타표면을 통과할 때(예를 들어, 도 5 의 메타표면(502)의 기판(506)을 통과할 때)의 흡수에 기인한 손실을 겪지 않을 수 있기 때문에, 더 높은 효율을 제공할 수 있다.
시간적 가간섭성 스크램블러
일부 실시형태들에서, 메타표면은 두 개 이상의 서브유닛을 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 각각의 서브유닛의 광학적 속성(예를 들어, 굴절률)은 개별적으로 조절될 수 있다. 일부 양태들에서, 두 개 이상의 서브유닛 중 각각의 서브유닛에 랜덤 신호가 인가될 수 있다. 예를 들어, 시변 전압 신호가 각각의 서브유닛에 인가될 수 있다. 따라서, 서브유닛과 연관된 빔렛과 연관된 비간섭성의 양이 달라질 수 있다(예를 들어, 각각의 빔렛은 상이한 위상을 가질 수 있음).
도 8은 일부 실시형태에 따르는 시간적 가간섭성 스크램블러(800)를 예시한다. 일부 실시형태들에서, 시간적 가간섭성 스크램블러(800)는 메타표면(802)을 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 메타표면(802)은 서브유닛(802a, 802b, 802c, 802d)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 시간적 가간섭성 스크램블러(800)는 전극(818) 및 여러 개의 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)을 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 전극(818) 및 다수의 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)은 메타표면(802)의 정반대의 반대면에 배치될 수 있다. 일부 양태들에서, 전극(818)은 도전성 층이고, 예를 들어 투명 도전성 산화물(TCO)의 층이다. 일부 양태들에서, 다수의 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)은 메타표면(802)의 표면 상에 불연속성을 포함하는 도전층 상에 증착되어 형성될 수 있다. 일부 양태들에서, 불연속성은 각각의 서브유닛(802a, 802b, 802c, 802d)에 대응할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)은 전압 V(t)를 수신할 수 있다(예를 들어, 제어기(812) 또는 파워 서플라이로부터). 전극(818)은 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)에 대하여 레퍼런스 전압(예를 들어, 접지)을 제공할 수 있다. 전극(818) 및 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)은 각각의 서브유닛(802a, 802b, 802c, 802d) 내의 광학적 속성을 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
일부 실시형태들에서는, 일정한 전압이 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)의 각각의 전극에 인가된다. 그러면, 작은 교란이 적용될 수 있다. 작은 교란은 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)에 무작위로 적용된다. 따라서, 각각의 빔렛(814a, 814b, 814c, 814d)은 원래의 위상 주위에 랜덤 변화(랜덤 지연)를 가질 수 있고, 이것이 시간 스크램블된 광(temporal scrambled light)을 생성한다. 일부 양태들에서, 서브유닛 각각에 적용된 교란은 비간섭성 광이 소망될 경우에는 증폭된다. 비간섭성 광은 고전력 비간섭성 광이 소망되는 애플리케이션에서 사용될 수 있다.
각각의 빔렛(814a, 814b, 814c, 814d)의 비간섭성의 양은 교란의 무작위화(randomization)에 기반한다. 본 명세서에서 설명되는 무작위화 동작은, 예를 들어 트루 랜덤(true random) 알고리즘, 의사-무작위(pseudo-random) 알고리즘, 카오스(chaos) 등에 기반할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 방사선 빔(804)은 방사선 소스(820)에 의하여 생성될 수 있다. 방사선 소스(820)에 의해 생성된 방사선은 가간섭성 방사선일 수 있다. 방사선 소스(820)가 시간적 가간섭성 스크램블러(800)의 외부에 있을 수 있다(예를 들어, 도 4a의 조명 시스템(412) 내의 광원)는 것이 이해되어야 한다.
제어기(812)가 시간적 가간섭성 스크램블러(800)의 외부에 있을 수 있다(예를 들어, 계측 시스템 또는 리소그래피 시스템 내의 제어기)는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시형태들에서, 시간적 가간섭성 스크램블러(800)는 카메라-기반 정렬 센서 내에서 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 시간적 가간섭성 스크램블러(800)는 광학 이미징 시스템 내에서 사용될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 시간적 가간섭성 스크램블러(800)는 공간적 가간섭성 스크램블러로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 동일한 신호(예를 들어, 시변 전압)가 임의의 교란이 없이 모든 전극(즉, 전극(816a, 816b, 816c, 및 816d)에 인가될 수 있다.
도 9는 일부 실시형태에 따르는 조명 시스템(900)을 예시한다. 일부 실시형태들에서, 조명 시스템(900)은 검사 장치의 일부로서, 예를 들어 검사 장치(400)의 조명 시스템(412)(도 4a 및 도 4b)으로서 구현될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 조명 시스템(900)은 메타표면(902a) 및 메타표면(902b)을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 메타표면(902a 및 902b)은 가간섭성 방사선의 빔(904a 및 904b)을 각각 수광할 수 있다. 일부 양태들에서, 가간섭성 방사선의 빔(904a 및 904b)은 메타표면(902a 및 902b)의 입사면 상에 수직으로 입사할 수 있다. 메타표면(902a 및 902b)은 빔들(914a 및 914b)을 각각 출력할 수 있다. 일부 양태들에서, 빔(914a 및 914b)은 메타표면(902a 및 902b)에 인가된 신호에 기반하여 가간섭성-스크램블된 방사선(coherence- scrambled radiation)을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 메타표면(902a)과 연관된 신호는 빔(914a)을 타겟(920)을 향해 지향시키도록 조절될 수 있다. 메타표면(902b)과 연관된 신호는 빔(914b)을 타겟(920)을 향해서 지향시키도록 조절될 수 있다. 본 명세서에서 전술된 바와 같이, 수직 입사 빔은 수학식 1에서 주어진 일반화된 스넬법칙 내의 0이 아닌 위상 구배에 기인하여 휘어질 수 있다.
일부 실시형태들에서, 타겟(920)으로부터의 산란된 방사선은 검출기(예를 들어, 도 4a의 검출기(428))에 의하여 검출될 수 있다. 프로세서는 검출기로부터의 측정 신호를 분석하여 타겟(920)의 특성을 결정할 수 있다.
도 10은 일부 실시형태에 따르는 시스템(1000)을 예시한다. 일부 실시형태들에서, 시스템(1000)은 레벨 감지를 위한 리소그래피 장치(100)의 일부로서 구현될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 시스템(1000)은 메타표면(1002a) 및 메타표면(1002b)을 포함할 수 있다. 메타표면(1002a)은 하나 이상의 광 빔을 타겟(1020a 및 1020b)을 향해 재지향시킬 수 있다. 타겟(1020a 및 1020b)에 의해 반사 및/또는 굴절된 광이 메타표면(1002b) 상에 입사할 수 있다. 일부 양태들에서, 광은 메타표면(1002b)의 표면에서 소정 각도로 입사할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 메타표면(1002b)의 출력으로부터의 재방출된 광(1022)은 메타표면(1002b)의 표면에 수직인 방향을 가질 수 있다. 일부 양태들에서, 재방출된 광(1022)은 검출기(미도시)로 지향될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 타겟(1020a 및 1020b)은 메타표면(1020a)으로부터의 구조화된 조명을 사용하여 조명될 수 있다. 그러면, 수신된 형상은 재방출된 광(1022)에 기반하여 결정될 수 있다. 일부 양태들에서, 초점에 대한 기판(타겟(1020a 및 1020b)을 포함함)의 위치가 추정될 수 있다. 예를 들어, 기판이 초점에 위치하는지 여부에 대한 결정이 이루어질 수 있다. 더 나아가, 천이량이 재방출된 광(1022)에 기반하여 결정될 수 있다.
도 11은 일부 실시형태에 따른, 본 명세서에서 설명되는 기능을 포함하는 방법(1100)을 수행하기 위한 방법 단계(예를 들어, 하나 이상의 프로세서를 사용함)를 도시한다. 도 11의 방법(1100)은 착상가능한 임의의 순서로 수행될 수 있고, 모든 단계들이 수행될 것이 요구되는 것은 아니다. 더욱이, 전술된 도 11의 방법 단계는 단계들의 예를 단지 반영할 뿐이고, 한정되지 않는다.
방법(1100)은 단계 1102에 도시된 바와 같이 입사 광 방사선을 메타표면 상에서 수광하는 단계를 포함한다. 메타표면은 입사 광 방사선의 위상에 변화가 생기게 할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 메타표면(502)은 입사 광 방사선(예를 들어, 도 5의 입사 빔(504))의 위상에 있어서의 변화가 측정되게 할 수 있다.
이러한 방법은, 단계 1104에 예시된 바와 같이, 입사 광 방사선의 비간섭성의 양을 변경하기 위해서, 신호를 메타표면에 인가하여 메타표면의 광학 속성을 조절하는 단계를 더 포함한다.
이러한 방법은, 단계 1106에 예시된 바와 같이, 메타표면으로부터 가간섭성-스크램블된 방사선을 재방출하는 단계를 더 포함한다. 일부 양태들에서, 이러한 방법은 단계 1108에 예시된 바와 같이 타겟을 가간섭성-스크램블된 방사선으로 조사하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시형태들에서, 이러한 방법(1100)은 무작위화된 교란을 메타표면(예를 들어, 도 5의 메타표면(502))의 각각의 서브유닛의 각각의 신호에 적용하는 단계를 포함한다.
이러한 실시형태들은 다음 절들을 사용하여 더 기술될 수 있다.
1. 방사선 빔을 생성하도록 구성된 방사선 소스;
방사선 빔의 위상에 불균일한 변화를 생성하고, 타겟을 조사하기 위한 가간섭성-스크램블된 방사선(coherence-scrambled radiation)을 출력하도록 구성된 광학 요소 - 상기 광학 요소의 광학 속성은 상기 가간섭성-스크램블된 방사선의 비간섭성의 양을 변경하도록 조절가능함 -;
상기 타겟에 의해 산란된 방사선을 수광하고, 수광된 방사선에 기반하여 측정 신호를 생성하도록 구성된 검출기; 및
상기 타겟의 특성을 결정하기 위해 상기 측정 신호를 분석하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 시스템.
2. 제 1 절에 있어서,
상기 광학 요소는 재료를 포함하고,
상기 광학 요소는, 신호를 수신하고 상기 신호를 사용하여 상기 재료의 광학 상수(optical constant)를 조절하도록 더 구성된, 시스템.
3. 제 2 절에 있어서,
상기 시스템은,
상기 광학 요소에 커플링된 전극을 더 포함하고,
상기 신호는 상기 전극에 인가되는 시변 전압인, 시스템.
4. 제 1 절에 있어서,
상기 시스템은,
도파로 디바이스를 더 포함하고,
상기 도파로 디바이스는,
상기 광학 요소로부터 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 수광하도록 구성된 입력부; 및
상기 타겟의 조사를 위하여 방사선의 가간섭성-스크램블된 빔을 출력하도록 구성된 출력부를 포함하는, 시스템.
5. 제 1 절에 있어서,
상기 광학 요소는 두 개 이상의 서브유닛을 포함하고,
상기 두 개 이상의 서브유닛의 각각의 서브유닛의 개별적인 광학 속성은 개별적으로 조절가능한, 시스템.
6. 제 5 절에 있어서,
각각의 서브유닛과 연관된 가간섭성-스크램블된 방사선의 빔렛의 비간섭성의 양은 개별적인 광학적 속성에 대한 무작위화된 교란에 기반하는, 시스템.
7. 제 1 절에 있어서,
상기 광학 요소는 공진기 구조체 및 기판을 포함하고,
상기 공진기 구조체는 상기 기판 위에 또는 안에 형성되는, 시스템.
8. 제 7 절에 있어서,
상기 기판은 상기 방사선 빔의 동작 파장에서 투명한 재료를 포함하는, 시스템.
9. 제 1 절에 있어서,
상기 광학 요소는 액정 메타표면을 포함하는, 시스템.
10. 제 1 절에 있어서,
상기 방사선 소스는 하나 이상의 파장을 생성하도록 구성되고,
상기 하나 이상의 파장은 가시광 스펙트럼 안에 속하는, 시스템.
11. 제 1 절에 있어서,
상기 광학 요소는 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 반사하는, 시스템.
12. 제 1 절에 있어서,
상기 광학 요소는 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 투과시키는, 시스템.
13. 가간섭성 스크램블러 디바이스(coherence scrambler device)로서,
상기 가간섭성 방사선을 수광하고 상기 가간섭성 방사선의 위상에 불균일한 변화를 생성하도록 구성된 메타표면; 및
상기 가간섭성 방사선의 비간섭성의 양을 변경하여 가간섭성-스크램블된 방사선을 생성하기 위해서, 상기 메타표면의 광학 속성을 조절하도록 구성된 제어기
를 포함하는, 가간섭성 스크램블러 디바이스.
14. 제 13 절에 있어서,
상기 메타표면은 두 개 이상의 서브유닛을 포함하고,
상기 두 개 이상의 서브유닛의 각각의 서브유닛의 개별적인 광학 속성은 개별적으로 조절가능한, 가간섭성 스크램블러 디바이스.
15. 제 13 절에 있어서,
상기 메타표면은 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 반사하도록 구성된, 가간섭성 스크램블러 디바이스.
16. 제 13 절에 있어서,
상기 가간섭성 스크램블러 디바이스는,
상기 광학 요소로부터 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 수광하도록 구성된 입력; 및
방사선의 가간섭성-스크램블된 빔을 출력하도록 구성된 출력을 포함하는 멀티모드 도파로 디바이스를 더 포함하는, 가간섭성 스크램블러 디바이스.
17. 제 13 절에 있어서,
상기 제어기는,
상기 메타표면의 광학 상수를 변경하도록 신호를 무작위로 조절하도록 더 구성된, 가간섭성 스크램블러 디바이스.
18. 입사 광 방사선을 메타표면 상에서 수광하는 단계 - 상기 메타표면은 상기 입사 광 방사선의 위상에 변화가 생기게 함 -;
상기 입사 광 방사선의 비간섭성의 양을 변경하기 위해서, 신호를 상기 메타표면에 인가하여 상기 메타표면의 광학 속성을 조절하는 단계;
상기 메타표면으로부터 가간섭성-스크램블된 방사선을 재방출하는 단계; 및
타겟을 상기 가간섭성-스크램블된 방사선으로 조사하는 단계를 포함하는, 방법.
19. 제 18 절에 있어서,
상기 방법은,
시간 가간섭성-스크램블된 방사선(temporally coherence-scrambled radiation)을 획득하도록, 상기 메타표면의 두 개 이상의 서브유닛의 각각의 서브유닛의 개별 신호에 무작위화된 교란을 적용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
20. 제 18 절에 있어서,
상기 방법은,
공간 가간섭성-스크램블된 방사선(spatially coherence-scrambled radiation)을 획득하도록, 상기 메타표면에 걸쳐서 균일한 신호를 적용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
이미지-기반 검사 기법은, 예를 들어 리소그래피 층들의 오버레이를 검사하고 및/또는 리소그래피 프로세스를 통하여 리소그래피 층을 수용하도록 웨이퍼를 정렬시키기 위해서 본 명세서에서 설명되는 실시형태를 사용할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 실시형태를 사용하면, 광학 검사 동작이 기계적인 가간섭성 스크램블러를 가진 조명 시스템을 사용할 때보다 더 빠르고 안전해질 수 있다. 검사가 빨라지면 웨이퍼 생산 쓰루풋이 증가될 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시형태는 비효율적인 기계적 가간섭성 스크램블러와 대조적으로, 방사선을 낭비가 거의 없이 또는 낭비가 없이 소스로부터 타겟으로 유도할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 본 발명의 계측 시스템, 가간섭성 스크램블러, 및 연관된 광학 요소는 UV, 가시광, 및 IR을 포함하는 파장 범위(예를 들어, 약 400-2000 nm) 안에서 동작하도록 구성될 수 있다.
비록 본문에서(IC)의 제조에서 리소그래피 장치를 사용하는 것에 대해서 특별히 언급하였지만, 본 명세서에서 설명되는 리소그래피 장치는 다른 응용 분야, 예컨대 집적 광 시스템의 제조, 자기장 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, LCD, 박막 자기 헤드, 등을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 당업자는, 이러한 다른 응용예의 문맥에서, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 기판은, 예를 들어 트랙 유닛(통상적으로 레지스트 층을 기판에 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 계측 유닛 및/또는 검사 유닛에서, 노광 전 또는 노광 후에 처리될 수 있다. 적용 가능한 범위에서, 본 명세서에서의 개시물은 이러한 기판 처리 툴 및 다른 기판 처리 툴에 적용될 수 있다. 또한, 예컨대 다층 집적회로를 생성하기 위하여 기판이 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 지칭할 수 있다.
비록 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서 본 발명의 실시예를 사용하는 것에 대해 특정하여 언급하였지만, 본 발명이 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수 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 적용함으로써 경화된다. 패터닝 장치는 레지스트가 경화된 후에 레지스트 외부로 이동됨으로써 그 내부에 패턴을 잔류시킨다.
본 명세서에서 구문 또는 어휘는 설명의 목적을 위한 것이고 한정하기 위한 것이 아니며, 따라서 본 명세서의 용어 또는 구문은 본 명세서에서의 교시 내용을 고려하여 당업자(들)에 의하여 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용될 때 "기판"이라는 용어는 재료 층이 그 위에 추가되는 재료를 기술한다. 일부 실시형태들에서, 기판 자체는 패터닝될 수 있고, 그 위에 추가된 재료도 역시 패터닝될 수 있거나, 패터닝이 없이 남겨질 수 있다.
비록 본 명세서에서는 본 발명에 따른 장치 및/또는 시스템을 IC를 제조하는 분야에 사용하는 것을 특별하게 참조할 수 있지만, 이러한 장치 및/또는 시스템은 그 외의 가능한 많은 애플리케이션들을 가진다는 것이 명확하게 이해돼야 한다. 예를 들어, 본 발명은 집적된 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출 패턴, LCD 패널, 박막 자기 헤드 등의 제조에 채용될 수 있다. 당업자는, 이러한 다른 응용예의 문맥에서, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부"와 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되는 것으로 이해할 것이다.
비록 본 발명의 특정한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상세한 설명은 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
발명의 내용 및 요약서 섹션이 아니라 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 섹션이 청구항을 해석하기 위하여 사용되도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 발명의 내용 및 요약서는 발명자(들)에 의하여 고찰되는 바와 같은 본 발명의 하나 이상의 그러나 전부가 아닌 예시적인 실시형태들을 진술할 수도 있으며, 따라서 어떠한 경우에도 본 발명 및 첨부된 청구항을 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 특정 기능부 및 이들의 관계에 대한 구현을 예시하는 기능적 구성 블록들을 이용하여 위에서 설명되었다. 이들 기능적 구성 블록들의 경계는 설명의 편의를 위해 본 명세서 내에서 임의적으로 정해진 것이다. 특정된 기능 및 이들의 관련성이 적절하게 수행되는 한 대안적 경계들이 정의될 수 있다.
특정 실시형태에 대한 전술한 설명은 본 발명의 전반적인 특성을 완전하게 보여주어, 당해 기술 분야에 익숙한 사람이 갖고 있는 지식을 적용함으로써 본 발명의 전반적인 개념으로부터 벗어나지 않고서도 불필요한 실험 없이 이러한 구체적인 실시형태에 대한 다양한 응용을 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 수정 및 적응은 본 명세서에 제공된 교시 및 지침을 기반으로 하는 개시 실시형태의 등가물의 범위 내에 있도록 의도된다.
본 발명의 적용 범위 및 범위는 전술한 예시 실시형태의 어떠한 것에 의해서도 한정되어서는 안 되며, 후속하는 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 방사선 빔을 생성하도록 구성된 방사선 소스;
    방사선 빔의 위상에 불균일한 변화를 생성하고, 타겟을 조사하기 위한 가간섭성-스크램블된 방사선(coherence-scrambled radiation)을 출력하도록 구성된 광학 요소 - 상기 광학 요소의 광학 속성은 상기 가간섭성-스크램블된 방사선의 비간섭성의 양을 변경하도록 조절가능함 -;
    상기 타겟에 의해 산란된 방사선을 수광하고, 수광된 방사선에 기반하여 측정 신호를 생성하도록 구성된 검출기; 및
    상기 타겟의 특성을 결정하기 위해 상기 측정 신호를 분석하도록 구성된 프로세서
    를 포함하는, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 재료를 포함하고,
    상기 광학 요소는, 신호를 수신하고 상기 신호를 사용하여 상기 재료의 광학 상수(optical constant)를 조절하도록 더 구성된, 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 광학 요소에 커플링된 전극을 더 포함하고,
    상기 신호는 상기 전극에 인가되는 시변 전압인, 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은,
    도파로 디바이스를 더 포함하고,
    상기 도파로 디바이스는,
    상기 광학 요소로부터 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 수광하도록 구성된 입력부; 및
    상기 타겟의 조사를 위하여 방사선의 가간섭성-스크램블된 빔을 출력하도록 구성된 출력부를 포함하는, 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 두 개 이상의 서브유닛을 포함하고,
    상기 두 개 이상의 서브유닛의 각각의 서브유닛의 개별적인 광학 속성은 개별적으로 조절가능한, 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    각각의 서브유닛과 연관된 가간섭성-스크램블된 방사선의 빔렛의 비간섭성의 양은 개별적인 광학적 속성에 대한 무작위화된 교란에 기반하는, 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 공진기 구조체 및 기판을 포함하고,
    상기 공진기 구조체는 상기 기판 위에 또는 안에 형성되는, 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 방사선 빔의 동작 파장에서 투명한 재료를 포함하는, 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 액정 메타표면을 포함하는, 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사선 소스는 하나 이상의 파장을 생성하도록 구성되고,
    상기 하나 이상의 파장은 가시광 스펙트럼 안에 속하는, 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 반사하는, 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 투과시키는, 시스템.
  13. 가간섭성 스크램블러 디바이스(coherence scrambler device)로서,
    상기 가간섭성 방사선을 수광하고 상기 가간섭성 방사선의 위상에 불균일한 변화를 생성하도록 구성된 메타표면; 및
    상기 가간섭성 방사선의 비간섭성의 양을 변경하여 가간섭성-스크램블된 방사선을 생성하기 위해서, 상기 메타표면의 광학 속성을 조절하도록 구성된 제어기
    를 포함하는, 가간섭성 스크램블러 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 메타표면은 두 개 이상의 서브유닛을 포함하고,
    상기 두 개 이상의 서브유닛의 각각의 서브유닛의 개별적인 광학 속성은 개별적으로 조절가능한, 가간섭성 스크램블러 디바이스.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 메타표면은 상기 가간섭성-스크램블된 방사선을 반사하도록 구성된, 가간섭성 스크램블러 디바이스.
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