KR101332540B1 - 광산란 디스크, 그 사용 및 파면 측정 장치 - Google Patents

Abstract

1. 광산란 디스크, 그 사용 및 파면 측정 장치. 2.1. 본 발명은 투명 기판(1) 및 상기 기판의 한 표면에 인접하며 광산란 능동 입자(3)들을 갖는 광산란층(2)을 포함하는 광산란 디스크, 그러한 산란 디스크의 사용, 및 그러한 산란 디스크가 장착된 파면 측정 장치에 관한 것이다. 2.2. 본 발명에 따르면, 상기 광산란층은, 공기보다 광학적으로 밀하며 상기 기판의 대향하는 표면과 지역적으로 인접하고 상기 광산란 능동 입자들을 둘러싸는 매립 매질(4)을 가진다. 2.3. 예컨대, 측방 전단 간섭법(lateral shearing interferometry)에 의한 고개구 마이크로리소그래피 투영 대물렌즈들의 파면 측정을 위한 장치에서의 사용.

Description

광산란 디스크, 그 사용 및 파면 측정 장치{Optical scattering disk, use thereof, and wavefront measuring apparatus}

본 발명은 투명 기판 및 상기 기판의 한 표면에 인접하며 광산란 능동 입자들을 포함하는 광산란층을 포함하는 광산란 디스크, 그러한 산란 디스크의 사용, 및 그러한 산란 디스크를 포함하는 파면 측정 장치에 관한 것이다. 본 출원은, 참조에 의해 본 출원에 완전히 통합되는 미국 가출원 제60/684,977호의 우선권을 주장한다.

광산란 디스크(optical scattering disk)는 보통, 투명한 고체 재료로 이루어진 평평한 디스크 형상의 표면으로 - 한면 또는 양면을 거칠게 하여 - 통상적으로 구현되고 있다. 광산란 디스크는, 예컨대, 스크린 상에 실상(real image)을 형성하기 위한 그라운드 글래스(ground-glass)로서 역할을 한다. 상기 산란 디스크의 산란 효과에 의해, 투영 이미지가 상이한 시야각들에서 보일 수 있다. 조명 기술에 있어서, 그라운드 글래스 디스크는 물체의 조명을 균질화하는 역할을 한다. 광학적 측정(optical metrology)에 있어서, 산란 디스크들은 또한 공간 간섭성(spatial coherence)을 없애기 위한 위상 혼합기로서 역할을 한다. 특히 간섭 측정 장치에 있어서, 검출기의 노출 시간 동안 스페클(speckle)들이 제로 콘트라스트로 평균화 되어 측정 신호를 더 이상 교란시키지 않도록, 스페클들의 위상들을 변화시키고 혼합하기 위하여 그러한 산란 디스크 소자들의 회전 및/또는 진동 운동이 추가적으로 제공될 수도 있다(예컨대, 공개된 특허출원 DE 103 20 520 A1 및 여기서 설명된 종래 기술 참조).

여기서, 단순하게, 광산란 디스크라는 용어는, 산란 공정의 결과로 방사광의 주파수나 파장이 변화하지 않는 순수한 광산란 타입뿐만 아니라, 광산란 능동 입자(light-scattering-active particle)들에 의해 입사광이 흡수되어 상이한 주파수나 파장에서 균질하게 방출되는 형광 또는 주파수-변환 타입도 포괄하는 것으로 한다. 이러한 타입의 산란 디스크는 또한 양자 변환기(quantum converter) 타입으로도 불린다. 그러한 주파수-변환 산란 디스크는, 예컨대, 결상 방사광(imaging radiation)을 비가시광 파장 영역으로부터 가시광 파장 영역으로 또는 CCD 카메라와 같은 통상적인 검출기에 의한 검출에 적당한 파장 영역으로 변환하는데 사용된다. 주파수-변환 산란 디스크를 구현하기 위하여, 양자 변환기 재료로 이루어진 주파수-변환 표면 코팅이 투명한 고체 기판에 제공되거나(예컨대, UV 광을 녹색광으로 변환하는 P43 코팅이 제공된 수정 기판), 기판 자체가 그러한 재료를 포함할 수 있는 데, 그 재료 중에서도 특히, 적절히 도핑된 글래스 재료, 세륨 도핑된 수정 재료 및 루밀라스(Lumilas)가 통상적이다.

높은 품질의, 즉 손실이 거의 없는 2차 이미지 형성 및 주파수 변환의 달성이 요구되는 응용예에 있어서, 변환 공정은 가능한 얇은 층에서 이루어지도록 하여야 한다. UV, DUV 또는 VUV 방사광을 사용하는 응용예에 있어서, 예컨대, 수 마이 크로미터 두께의 P43 물질의 층을 갖는 수정판 형태의 산란 디스크가 이러한 목적을 위해 사용된다. 이러한 주파수 변환 광산란층은, 미세하게 볼 때, 기판 표면 위에 침전된 주파수 변환 재료의 결정립(grain)들 또는 가루 입자들의 집적을 포함한다. 상기 입자들은 자연스럽게 모든 영역에 걸쳐 기판 표면과 접촉하지 않고, 상대적으로 작은 접촉 영역과 접촉하며, 그 결과 입자들 사이의 갭(gap)이 존재하고 그 갭에서 주파수 변환 재료보다는 주변의 매질, 일반적으로 공기가 기판 표면과 직접 접하게 된다. 이는, 기판/광산란층 계면의 광학적 행동에 대해 미세하게 볼 때, 전반사각의 국소적 변화를 의미한다. 다시 말해서, 기판을 통해 갭 영역 내의 계면으로 입사하는, 즉 기판/공기 계면 영역으로 입사하는 방사광은, 입사각이 전반사각을 초과한다면, 광산란 능동 입자들에 도달하지 않고 상기 계면에서 전반사를 겪게 된다. 여기서, 전반사각이라는 용어는 간단하게 전반사의 임계각을 의미하는 것으로 이해된다. 그 결과, 그러한 종래의 산란 디스크는 기판/공기 계면의 전반사각보다 작은 개구(aperture)들을 갖는 응용예들에 대해서만 적당하다.

최근, 예컨대 0.9보다 큰 또는 1.0보다 큰 매우 높은 개구수를 갖는 투영 대물렌즈가, 예컨대 단지 수십 nm의 점점 더 짧아지는 UV 방사광의 사용과 결합하여, 예컨대 소위 액침 대물렌즈(immersion objective)의 형태로, 반도체 웨이퍼 패터닝을 위한 마이크로리소그래피에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 그러한 높은 개구수의 대물렌즈의 결상 품질 또는 결상 수차들을 결정하는 것은, 그러한 높은 개구수의 검사 대상의 상응하는 큰 입사각을 처리할 수 있는 예컨대 파면 측정 타입의 측정 장치를 요구한다.

그러므로, 본 발명이 기초로 하고 있는 기술적 문제점은, 도입부에서 언급된 타입의 광산란 디스크를 제공하는 것과 그것의 사용 및 비교적 높은 개구수의 응용예들, 특히 마이크로리소그래피에서의 높은 개구수의 액침 대물렌즈의 측정에 적당한 그러한 산란 디스크가 장착된 파면 측정 장치이다.

본 발명은 청구항 1의 특징들을 포함하는 광산란 디스크, 청구항 11의 특징들을 포함하는 사용, 청구항 12의 특징들을 포함하는 파면 측정 장치, 및 청구항 19의 특징들을 포함하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치를 제공함으로써 이러한 문제를 해결한다.

본 발명에 따른 광산란 디스크의 경우에, 광산란층의 광산란 능동 입자들은 공기보다 광학적으로 밀하며 기판의 대향하는 표면과 지역적으로 인접하는 매립 매질에 의해 둘러싸여 있다. 그 결과, 상기 매립 매질은 기판과의 계면에서 광산란 능동 입자들 사이의 어떠한 갭 영역들도 채우며, 상기 매립 매질이 기판 재료의 굴절률과 같거나 또는 그보다 큰 굴절률을 갖는다면, 기판/공기 계면에 비하여 전반사각이 크거나 또는 전반사 효과가 완전히 사라지게 하는 것을 보장한다.

본 발명에 따른 상기 광산란 디스크의 경우에, 이러한 방법으로 전반사 효과가 제거되거나 또는 어떠한 경우에도 기판/공기 갭 영역들에 비하여 높은 입사각에서만 발생하기 때문에, 이러한 광산란 디스크의 사용 가능한 영역은, 공기가 광산란 능동 입자들을 둘러싸는 매질을 형성하는 종래의 광산란 디스크에 비하여 더 높은 허용 입사각의 방향으로 확장된다. 따라서 본 발명에 따른 광산란 디스크는 높은 개구수의 마이크로리소그래피 투영 대물렌즈들, 예컨대 액침 타입의 대물렌즈들의 결상 수차 결정 측정을 위한 장치에 특히 사용될 수 있다.

본 발명의 상세 실시예에서, 상기 매립 매질의 굴절률은 기판의 굴절률의 적어도 약 80% 또는 심지어 적어도 약 90%에 이르며, 특히 후자와 같거나 그보다 더 클 수도 있다. 그에 추가하여 또는 그 대신에, 상기 매립 매질의 굴절률은 상기 광산란 능동 입자들의 굴절률보다 작게 유지될 수도 있다. 그러면, 매립 매질과 각각의 광산란 능동 입자 사이의 계면에서 전반사 효과를 방지한다.

본 발명의 추가적인 상세 실시예에서, 상기 광산란 능동 입자들은, 요구에 따라, 주파수 변환 없는 순수 산란 특성들 또는 양자 변환기 특성들을 갖는 입상 재료(granular material)를 포함한다.

본 발명의 추가적인 상세 실시예에서, 상기 매립 매질은 입자들이 매립되는 액체 재료 또는 고체 재료이다. 액체 매립 매질인 경우에, 상기 입자들은 서스펜션(suspention)의 상태로 또는 용해되지 않은 상태로 존재할 수 있으며, 또는 상기 입자들은 주위에 유체가 흐르는 고체의 및/또는 소성된(baked) 및/또는 다공성 합성물을 형성할 수도 있다. 모든 경우에, 상기 매립 매질은 기판과의 계면에서 상기 광산란 능동 입자들 사이의 어떠한 갭 영역들도 소망하는 방식으로 채우게 된다.

본 발명의 추가적인 상세 실시예에서, 상기 매립 매질은, 그 굴절률이 기판/매립 매질 계면에 대한 소망하는 전반사각을 가져오도록, 재료를 고려하여 선택될 수 있다.

예컨대, 상기 매립 매질은 접착에 의해 기판에 유지되는 액체일 수도 있으며, 그 결과 상기 매립 매질을 수용하는 콘테이너가 필요 없을 수도 있다. 대안으로서, 상기 액체 매립 매질은 봉지될 수도, 즉 적당한 콘테이너에 의해 수용될 수도 있다. 마지막의 경우에, 상기 매립 매질은 공동(cavity) 내에서 고정된 방식으로 또는 흐르는 방식으로 수용될 수도 있다.

본 발명의 추가적인 상세 실시예에서, 상기 입자들은 상기 매립 매질 내에서 느슨하고, 움직일 수 있게 존재한다. 대안으로서, 상기 입자들은 입자 운반 기판에 부착된 고정된 형태로 존재할 수도 있다.

느슨하고, 움직일 수 있는 입자들의 경우에, 본 발명의 하나의 유리한 개선에 있어서, 입자들의 운동을 위한 장치가 제공된다. 광산란 능동 입자들의 운동은 산란된 방사광의 균질성을 증가시킬 수 있다. 입자들의 운동을 수행하기 위하여, 상기 장치는 유체 매립 매질의 능동적인 흐름 운동 및/또는 입자들 자체의, 즉 유체 매립 매질에 대해 상대적인 능동적인 운동, 및/또는 매립 매질 내에 추가적으로 수용된 보조 입자들의 능동적인 운동을 위한 유닛을 포함할 수 있다. 전자의 경우에, 상기 광산란 능동 입자들은 흐르는 매립 매질에 의해 끌려 다닌다. 두 번째의 경우에, 상기 장치는, 매립 매질이 고정된 상태를 유지하거나 또는 매립 매질 역시 움직이게 하는 것을 가능하게 하면서, 상기 입자들 자체에 기동력(motive force)을 가한다. 마지막의 경우에, 상기 광산란 능동 입자들의 운동은 이러한 목적을 위하여 매립 매질 내에 도입된 보조 입자들을 움직이게 함으로써 유발된다. 상기 보조 입자들은, 예컨대, 운동 발생 장치가 비교적 직접적인 방식으로 기동력을 인가하도록 특수하게 설계된 재료로 만들어진 입자들일 수 있다. 상기 보조 입자들은 요구에 따라 그 형태와 크기가 임의로 선택될 수 있다.

측방 전단 간섭법(lateral shearing interferometry)에 의해 검사 대상이 측정될 수 있는, 본 발명에 따른 간섭식 파면 측정 장치(interferometric wavefront measuring apparatus)는, 예컨대, 회절 격자와 검출소자 사이에서 본 발명에 따른 산란 디스크를 사용한다. 이 경우에, 회절 격자는 광산란층의 반대쪽에 있는 산란 디스크 기판의 표면 위에 제공될 수도 있으며, 또는 상기 산란 디스크 기판에 접하는 그 자신의 격자 기판 위에 제공될 수도 있다. 상기 파면 측정 장치는, 예컨대, 점회절 간섭계(point diffraction interferometer)로서 또는 샤크-하트만(Shack-Hartmann) 센서로서 설계될 수도 있다. 검사 대상은 특히 마이크로리소그래피 투영 대물렌즈일 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 있어서, 액침 매질은 상기 회절 격자와 검사 대상 사이에 제공되며, 그 결과, 상기 측정 장치에 의해 다루어질 수 있는 검사 대상의 최대 개구수가 더욱 더 증가할 수 있다.

파면 측정 장치의 추가적인 상세 실시예에 있어서, 광산란층은 검출소자와 직접 접촉하고 있다. 따라서, 산란 디스크에 의해 방출된 방사광의 행동을 위하여 추가적으로 개재되는 광학적 매질을 고려할 필요가 없다. 더욱이, 관련 산란 디스크면 상의 검출소자는, 매립 매질로서 액체가 선택되는 경우에, 매립 매질에 대한 경계로서 역할을 할 수 있다. 본 발명의 다른 상세 실시예에서, 상기 광산란층은 접착에 의해, 회절 격자가 제공된 표면의 반대측인, 산란 디스크 기판의 검출기측 표면에 유지된다. 그러면, 상기 검출소자는, 예컨대, 검출 결상 광학기기의 개재와 함께 광산란층으로부터 떨어져서 배치된다.

본 발명에 따른 마이크로리소그래피 투영 노광장치에 있어서, 본 발명의 광산란 디스크는 적어도 주어진 시간 간격으로 투영 대물렌즈의 방사광 출력측에 배치되는데, 여기서 투영 대물렌즈는 예컨대 0.9 이상의 높은 개구수를 갖는 대물렌즈이거나 또는 액침 매질, 바람직하게는 액침 유체와 함께 동작하도록 설계될 수도 있다.

도 1은 광산란 능동 입자들 및 상기 입자들을 둘러싸며 공기보다 높은 굴절률을 갖는 매립 매질을 구비하는 광산란층을 포함하는 산란 디스크 장치의 개략적인 단면도를 도시한다.

도 2는, 광산란층이 검출소자와 직접 접하고 있는, 도 1의 방식의 산란 디스크 장치를 포함하는 파면 측정 장치의 검출기측 부분의 단면도를 도시한다.

도 3은, 광산란층이 검출소자로부터 떨어져서 하나의 합동 회절 격자/산란 디스크 기판에 접착에 의해 유지되고 있는, 도 1의 방식의 산란 디스크 장치를 포함하는 파면 측정 장치의 검출기측 부분의 단면도를 도시한다.

도 4는 유체 매립 매질과 입자 운동 장치를 갖는 광산란층의 개략적인 단면도를 도시한다.

도 1에 도시된 산란 디스크 장치는, 투명한 재료로 형성된 기판(1) 및 주면(main side)에서 상기 기판과 접하고 설명의 목적을 위해 확대된 방식으로 표현 된 광산란 능동 입자(light-scattering-active particle)(3)들을 갖는 광산란층(2)을 포함한다. 상기 광산란 능동 입자(3)들은 광산란층(2)의 매립 매질(embedding medium)(4)에 의해 둘러싸여, 즉 상기 매립 매질 내에 매립되어 있다. 상기 매립 매질(4)은 광학적으로 공기보다 밀한 기체, 액체 또는 고체 매질일 수 있다. 도시된 예에서, 기판(1)에 대한 재료의 굴절률과 거의 같은 크기의 굴절률을 갖는 재료가 상기 매립 매질(4)용으로 선택된다.

상기 매립 매질(4)은 광산란 능동 입자(3)들 사이의 모든 간격들을 채우며 그 결과, 입자(3)들 중 하나와 기판(1) 사이의 접촉이 없는 곳에서는 어디서나(입자(3)들의 통상적으로 둥글고 작은 입자 형태를 고려할 때, 입자들은 작은 접촉 면적만을 가지며 기판(1)에 대하여 접한다) 기판(1)과 지역적으로 접한다. 그럼으로써, 기판(1)을 통과하는 어떠한 방사광(radiation)도 기판/광산란층 계면(5)에서 입사각과 무관하게 전반사를 겪지 않는다는 것을 보장한다.

이는 세 개의 개별적인 광빔(6a, 6b, 6c)들을 기초로 도 1에서 설명된다. 방사광의 일부(도 1의 예에서 광빔(6a))는 상기 기판/광산란층 계면(5)에서 광산란 능동 입자에 직접 입사한다. 그런 후, 이 방사광 부분은 추가적인 큰 손실 없이 각각의 광산란 능동 입자들에 들어가고 상기 입자들에 의해 산란되며, 또한 재료에 따라서는 주파수 변환을 겪게 된다. 대응하는 실시예에서, 상기 광산란 능동 입자(3)들의 굴절률은 기판 재료의 굴절률과 유사하거나 또는 그보다 큰 크기를 가지며, 그 결과 전반사 효과는 거의 발생하지 않는다. 어떠한 경우에도, 심지어 상기 입자(3)들이 기판 재료의 굴절률보다 다소 낮은 굴절률을 갖는 재료를 포함하는 경 우에도, 기판 재료의 굴절률은 대응하는 종래의 산란 디스크의 경우에서보다 높지 않다. 기판/광산란층 계면(5)에서, 방사광 부분은 거의 대부분 광산란 능동 입자에 직접적으로 입사하지 않으며, 매립 매질(4)에 입사한다. 수직 입사의 경우에(도 1의 광빔(6a)), 전반사는 발생하지 않으며, 방사광은 거의 대부분 광산란 능동 입자를 만나서 상기 입자에 의해 산란될 때까지 감쇠 없이 광산란층(2) 내부로 진행한다. 여기서 상기 입자들의 산란 행동은 이 광빔과 다른 두 광빔의 예에서 대응하는 화살표들로 표시되어 있다. 기판/광산란층 계면(5)에서의 반사는 요구에 따라 통상적인 방식으로 상기 계면(5)에서의 반사방지 코팅을 이용하여 최소화될 수 있다.

특징적으로, 기판/광산란층 계면(5) 상에 광산란 능동 입자가 없는 위치에서 상대적으로 큰 각도로 입사하는 방사광은 또한 매립 매질(4)과 기판(1) 사이의 굴절률 좌표를 고려할 때 전반사 손실 없이 광산란층(2) 내부로 진행하며, 그런 후 상기 광산란층 내에서, 광산란 능동 입자(3)에 입사하고 그에 의해 산란된다(이 점에 대해서 광빔(6c)을 참조). 특정한 실시예에서, 매립 매질(4)의 굴절률이 기판(1)의 굴절률보다 작더라도, 어떤 경우에도 공기의 굴절률보다는 크며, 그 결과, 공기보다 광학적으로 밀한 그러한 매립 매질이 없는 종래의 산란 디스크와는 달리, 기판/공기의 전반사각과 기판/매립 매질의 전반사각 사이의 범위 내의 각도로 입사하는 상기 방사광은 여전히 광산란층(2) 내부로 결합된다.

원리적으로 공기의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 모든 재료가 매립 매질(4)에 적당하며, 상기 재료는 입사 방사광에 대해는 물론 산란되어 방출되는, 적당하다면, 주파수 변화된 방사광에 대해서도 가능한 투명하다. 고체 매립 매질(4)의 경 우에, 상기 입자(3)들은 그 매질에 뿌려진 채로 고정되어 있다. 많은 응용예에 대해, 소망하는 응용예에서 요구되는 전반사각에 맞추어 굴절률이 선택될 수 있는 액체 매립 매질(4)을 선택하는 것이 선호될 수 있다. 적당한 액체는 UV나 DUV 방사광이 관련되는 경우에 예컨대 폼블린(Fomblin)이거나 또는 물일 수 있다. 다른 파장의 방사광의 경우에, 예컨대, 액침 현미경(immersion microscopy)의 액침 매질에서 사용되는 것과 같은 오일을 매립 매질(4)에 대해 사용할 수도 있다.

필요하다면, 상기 매립 매질(4)은 광산란층(2) 내부로 진행하는 방사광의 각도 스펙트럼에 대한 필터 기능을 만족하도록 설계될 수도 있다. 즉, 기판(1)과 광학적으로 그보다 덜 밀한 매립 매질(4) 사이의 굴절률에 있어서의 특정한 차이는, 광산란층(2) 상에서 최대 그와 관련된 전반사각까지의 입사각으로 입사하는 방사광만이 소망하는 방식으로 상기 광산란층(2) 내부로 결합되도록, 목표로 한 방식으로 선택된다.

광산란 능동 입자(3)들의 경우에, 그에 통상적으로 사용하는 모든 재료들이 사용될 수 있으며, 특히 예컨대 글래스 또는 수정 입상 재료(granular material)와 같이 주파수 변환이 없는 산란 행동을 갖는 재료들 및 P43 재료, 도핑된 글래스 재료, 세륨 도핑된 수정 재료, 루밀라스(Lumilas) 재료 등과 같이 형광, 양자 변환 행동을 갖는 재료들이 사용될 수 있다.

상기 입자(3)들은 응용예에 따라 그리고 요구에 따라 투명할 수도 있고 및/또는 반사특성을 가질 수도 있다. 입자(3)들의 크기 및 모양은 마찬가지로 응용예에 따라 임의적이다. 따라서, 상기 입자(3)들은 예컨대 본질적으로 동일한 크기와 동일한 기하학적 타입을 가질 수도 있고, 또는 대신에 더 미세하거나 및/또는 더 굵은 입자들과 같이 그 특성들이 변할 수도 있으며, 상기 입자들은 더 부드럽거나 더 거친 표면, 더 둥글거나 더 모난 결정립(grain)들 등을 가질 수도 있다. 상기 입자들은 떨어져 있는 상태로 존재할 수도 있고, 또는 뭉쳐진 형태로 존재할 수도 있으며, 유체 매립 매질(4)의 사용과 함께 그 매질 내에서 느슨하게 또는 가두어진 형태로 존재할 수도 있다. 즉, 자유롭게 움직일 수 있는 방식으로 또는 입자 운반 기판에 또는 입자 운반 기판 내에 또는 위에 부착되어 존재할 수도 있다. 어느 경우에든 중요한 것은, 입사 방향을 향한 면에서, 즉 기판(1) 상에서 매립 매질(4)에 의한 상기 입자(3)들의 방해 받지 않는 매립 및 습윤(wetting)이다.

유체 매립 매질(4)이 선택된 경우에, 상기 입자(3)들과 함께 상응하는 예시적인 실시예에서의 상기 매질 및 따라서 광산란층(2)은 전체적으로 기판(1)에서 접착에 의해 단독으로 고정될 수 있다. 대안으로서, 상기 유체 매립 매질(4)은 예컨대 콘테이너를 사용하여 또는 갭에 개재하여 적당히 봉지될 수 있다. 마지막의 경우가 도 1의 예에서 도시되어 있는데, 여기서 광산란층(2)은 기판(1)으로부터 먼쪽에 있는 면에서 빔 경로상의 하류측으로 배치된 투명한 소자(7)에 의해 경계지워 지며, 상기 투명한 소자는 각각의 응용예에서 이 위치에 위치한 어떤 소망하는, 예컨대 광학소자이다. 유체 매립 매질(4)의 경우에, 필요하다면, 상기 매질은 또한 광산란층(2)의 나머지 면들에서 적당한 방식으로 경계지워 질 수도 있다. 요구에 따라서, 상기 유체 매립 매질(4)은 고정된 방식으로 있거나, 또는 흐르는 방식으로 있을 수도 있다. 매립 매질(4)의 그러한 흐름이 수행되고 입자(3)들이 상기 매립 매질(4)에서 자유롭게 움직일 수 있는 방식으로 수용된다면, 상기 입자(3)들은 상기 매립 매질(4)의 흐름에 의해 끌려다니게 되며, 그럼으로써 광산란층(2)의 산란 특성의 순간적인 변화를 얻을 수 있는데, 이는 종래의 산란 디스크의 기계적인 움직과 동등한 효과를 낼 수 있다.

본 발명에 따른 상기 산란 디스크는 기판/광산란층 계면에서의 전반사 효과를 완전히 피하거나 줄일 수 있는 그 작용 덕분에 넓게 응용될 수 있다. 특히, 지금까지 종래의 산란 디스크가 사용되어 왔던 모든 경우에 대해 사용될 수 있으며,더욱이, 산란될 방사광이 높은 입사각으로 상기 산란 디스크에 입사하는 경우에도 응용이 적당할 수 있다. 응용의 한 중요한 영역은 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 고-개수수 투영 대물렌즈들과 같은 고-개구수 광학 시스템들의 측정이다. 도 2 및 도 3은 이점에 있어서 두 개의 예시적인 실시예들을 도시하고 있다.

보다 정확하게는, 도 2 및 도 3은 측방 전단 간섭법을 사용하는 각각의 파면 측정 장치 내에 있는 여기서 관심 있는 검출기측 부분을 도시하고 있다. 나머지에 대해서는, 각각의 장치는 통상적인 구성과 같으며, 따라서 이를 더 상세하게 도시하지는 않았다. 도 2 및 도 3에서, 측정될 검사 대상은 각각의 경우에, 예컨대, 짧은 파장의 UV 방사광으로 반도체 웨이퍼를 패터닝하기 위한 스캐너 또는 스테퍼 타입의 마이크로리소그래피 투영 노광 장치에서 사용되는 것과 같은 고-개구수 액침 대물렌즈(8)로서 도시되어 있다. 도 2는 렌즈(8a)와 평평한 말단 소자(8b)를 포함하는 대물렌즈(8)의 출사측 부분만을 도시하고 있다. 그 다음에는, 상기 대물렌즈(8)의 이미지 평면에 또는 그 근처에 위치한 회절 격자(9) 및 그 뒤에 약간 떨어 져서 위치하는 CCD 어레이와 같은 감광성 검출소자(10)를, 본질적으로 공지된 방식으로, 포함하는 측정 장치의 검출기측 또는 이미지측 부분이 있다.

도 1을 참조하여 위에서 설명한 타입들 중 하나인 본 발명에 따른 산란 디스크(11)는 회절 격자(9)와 검출소자(10) 사이에 개재되어 있다. 이 경우에, 하나의 공통된, 합동 격자/산란 디스크 기판(11a)이 도 1의 광산란층(2)과 대응하는 광산란층(11b)의 기판의 역할과 회절 격자(9)에 대한 기판의 역할을 동시에 한다. 특히, 상기 회절 격자(9)는 대물렌즈(8)와 대향하는 공통 운반 기판(11a)의 주면 상에 위치하는 반면, 광산란층(11b)은 상기 공통 운반 기판(11a)의 반대쪽 주면 상에서 감광성 검출소자(10)와 직접 접촉하고 있다. 선택적으로, 만약 상기 광산란층의 매립 매질이 유체라면, 여기서 더 상세하게 도시되어 있지 않지만, 필요하다면 측면 경계부가 상기 광산란층(11b)에 제공될 수도 있다. 도시된 예에 대한 대안으로서, 각각의 경우에 상기 회절 격자와 다른 한편으로 상기 광산란층에 대한 전용의 기판을 제공하는 것도 가능한데, 이들은 예컨대 서로 차례로 직접 접촉하도록 배치된다.

대물렌즈(8)와 상기 합동 격자/산란 디스크 기판(11) 사이의 공간은 측면 방향으로 적당한 밀봉 링(12)에 의해 봉지되며, 예컨대 물과 같은 임의의 적당한 액침 매질로 채워진다. 한편으로, 상기 대물렌즈(8)의 평평한 말단 소자(8b)와 또 한편으로 상기 합동 격자/산란 디스크 기판(11a)은 상기 액침 매질에 대한 축 방향 경계부로서 역할을 한다.

도 3은, 도 2와 유사한 관점에서, 이하에서 다르다고 언급하지 않는 한 도 2 의 것과 대응하는 측방 전단 간섭 타입의 추가적인 파면 측정 장치의 이미지측 또는 검출기측 부분을 도시한다. 간편함을 위하여, 기능적으로 동등한 구성들에 대해서는 도 2에서와 동일한 참조 기호들이 도 3에서 사용되며, 그 결과 도 2에 관한 상술한 설명이 이러한 점에서 참조될 수 있을 것이다. 도 3의 상기 측정 장치는, 감광성 검출소자(10)가 산란 디스크(11)로부터, 즉 보다 정확하게는 광산란층(11b)으로부터 떨어져서 배치되며, 상기 광산란층(11b)과 검출소자(10) 사이에 검출 결상 광학기기(14)가 제공된다는 점에서, 도 2의 측정 장치와 본질적으로 차이가 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 상기 광산란층(11b)은 상기 합동 회절 격자/산란 디스크 기판(11a)에서 접착에 의해 납작한 물방울과 같이 부착되며, 그러므로 콘테이너 내에 둘러싸일 필요가 없다. 광산란층(11b)의 유체 매립 매질은 이러한 목적을 위하여 적절한 방식으로 선택된다. 따라서, 예컨대 폼블린(Fomblin)이 상기 광산란 능동 입자들을 위한 매립 매질로서 사용된다면, 그의 극히 낮은 증기압으로 인하여, 심지어 수 개월을 동안에도 기화를 통한 액체의 손실이 무시할 수 있을 정도로 작다. 그러므로, 매립 유체를 자주 보충하거나 교체할 필요가 없다.

도 3의 장치의 경우에 있어서는, 상기 결상 광학기기(14)가 산란 디스크(11)의 광산란층(11b)에서 2차 이미지로서 발생하는 전단 간섭무늬를 검출소자(10) 위로 결상하는 반면, 도 2의 예시적인 실시예에 있어서는 상기 검출소자(10)가 광산란층과 직접 접촉하고 있기 때문에 상기 광산란층(11b)에서 직접 상기 2차 이미지를 받는다. 이와 대조적으로, 도 3의 경우에, 상기 산란 디스크(11)는 회절 격자로부터 먼쪽 편에 있는 그의 광산란층(11b)과 함께 주변의 매질, 통상적으로는 공기 와 접하고 있다. 두 예시적인 실시예에서, 상기 광산란층(11b)은 예컨대, 입사 UV 측정 방사광(14)이 산란될 뿐만 아니라 동시에 상기 검출소자(10)에 의해 더 잘 검출될 수 있는 상이한 파장 영역의 방사광(16)으로 변환되도록 하기 위하여 양자 변환기 재료로 이루어진 광산란 입자들을 포함할 수 있다.

도 2의 예에서 및 도 3의 예에서 모두, 상기 측정 장치는, 산란 디스크(11) 및 특히 산란 디스크 기판(11a)과 광산란층(11b) 사이의 계면 위로 방사광(15)의 상응하는 높은 입사각들이 발생하는 매우 높은 개구수의 검사 대상(8)을 측정하기에 적당하다. 이러한 높은 입사각들에서도, 전반사는 상기 계면에서 허용할 수 있을 정도로 작게 유지되거나 또는 완전히 회피된다. 이러한 목적을 위하여, 상기 매립 매질의 굴절률은, 도 1에 관하여 위에서 상세하게 설명된 바와 같이, 산란 디스크 기판(11a)의 굴절률에 적절하게 맞추어진다.

본 발명에 따른 상기 산란 디스크는 예컨대 도 2 및 도 3의 응용예에서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 도 1에 관하여 위에서 언급된 바와 같이, 광산란 능동 입자들을 위한 고체 매립 매질을 갖는 고체 산란 디스크로서 또는 유체 매립 매질을 갖는 유체 산란 디스크로서 다른 어떤 타입의 측정 장치 및 일반적으로 다른 어떤 산란 디스크 응용예들의 경우에서도 사용될 수 있다. 유체 산란 디스크의 경우에, 개별적으로 또는 함께 비교적 큰 덩어리(agglomerate)들을 형성하는 광산란 능동 입자들은 그를 둘러싸는 유체 매립 매질 내에서 자유롭게 움직임 가능할 수 있다. 이는 요구에 따라 상기 광산란 능동 입자들의 의도적인 운동을 제공하며, 그 결과, 기계적으로 이동하는 종래의 산란 디스크의 효과와 유사하게 광산란층의 산란 특성 들의 순간적인 변화를 제공하는 데 활용될 수 있다.

상기 광산란 능동 입자들의 그러한 운동에 대해서는 여러 가지 가능성들이 존재한다. 하나의 가능성은, 상기 유체 매립 매질 그 자체를 이동시키는 것, 즉, 예컨대 플러싱(flushing), 교반(stirring) 등에 의해 유체 매립 매질을 흐르게 하는 것으로 구성된다. 매립 유체의 흐름 운동은 매립된 광산란 능동 입자들을 함께 끌고 간다. 광산란 능동 입자들의 운동은 또한, 대응하는 장치에 의해, 상기 입자들에 동기력(motive force)이 외부로부터 작용하거나 상기 매립 유체 내에 추가적으로 도입된 보조 입자들에 동기력이 작용한다는 점에서 수행될 수도 있다. 예컨대, 전기력 또는 자기력의 작용들이 그러한 동기력을 생성하기 위한 메커니즘으로서 고려된다. 광산란 능동 입자들의 운동을 초기화하는 보조 입자들의 운동은 상기 매립 유체의 흐름 운동에 의해, 예컨대 대류에 의해 유발될 수도 있다. 요구에 따라, 주기적 운동, 일정한 운동, 또는 통계적 운동과 같은 어떠한 종류의 운동들도 가능하다. 운동 발생 메커니즘으로서, 예컨대 펄스 방식 또는 다른 어떤 방식으로 도입된 포커싱된 방사광에 의해 발생한 국부적인 열점(hot spot)들에 의해 또는 음파들에 의해 운동을 발생시키는 것도 역시 고려될 수 있다.

도 4는 유체 산란 디스크의 광산란층(17)의 경우(상기 유체 산란 디스크의 나머지는 더 상세하게 도시되어 있지 않다)에서 외부 전자기 운동 발생을 갖는 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하는 것으로, 상기 광산란층(17)은 유체 매립 매질(18) 및 상기 매립 매질 내에서 자유롭게 움직임 가능한 광산란 능동 입자(19)들을 구비한다. 또한, 자기 보조 입자(magnetic auxiliary particle)(20)들이 상기 광산란층(17)의 매립 매질(18) 내에 도입되어 있으며, 상기 보조 입자들은 본 실시예에서 상기 광산란 능동 입자(19)들보다 훨씬 더 크다. 상기 자기 보조 입자(20)들은 운동 발생 장치의 일부분이며, 상기 운동 발생 장치는 광산란층(17)에 대해 측방으로 위치하는 전자석 장치(21)를 더 구비한다. 상기 전자석 장치(21)의 활성화를 통해, 기본적으로 공지된 방법으로, 매립 매질(18) 내에서 자유롭게 부유하는 자기 보조 입자(20)들에 펄스 또는 어떤 다른 형태로 전자기력을 가하는 것이 가능하며, 그럼으로써 화살표 B로 표시된 바와 같이 상기 입자들이 운동을 하게 된다. 그 결과로서 일어나게 되는 상기 자기 보조 입자(20)들의 예컨대 펄스 또는 무작위 운동은 상기 매립 유체(18) 내에서 자유롭게 부유하는 광산란 입자(19)들도 또한 운동하게 되고 서로 섞이게 되는 효과를 갖는다. 요구에 따라서, 상기 광산란 능동 입자(19)들의 이러한 운동 발생은 상기 매립 유체(18)의 흐름 운동에 의해 추가적으로 지원될 수도 있다.

위에서 설명한 예시적인 실시예에서 명확해진 바와 같이, 산란 디스크 기판과의 계면에서의 전반사 효과가 광산란 능동 입자들에 대해 적절히 선택된 매립 매질을 이용하여 감소되거나 완전히 회피된다는 점에서, 본 발명은 산란될 방사광의 입사각이 높은 경우에도 적당할 수 있는 광산란 디스크를 제공한다.

Claims (25)

1. - 투명 기판(1) 및

   - 상기 기판의 표면과 접하며 광산란 능동 입자(3)들을 갖는 광산란층(2)을 포함하는 광산란 디스크에 있어서,

   상기 광산란층(2)은, 공기보다 광학적으로 밀하며 상기 기판(1)의 대향하는 표면과 지역적으로 접하고 상기 광산란 능동 입자(3)들을 둘러싸는 매립 매질(4)을 구비하고,

   상기 매립 매질은 기판에서 접착에 의해 고정되거나 또는 봉지된 유체인 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 매립 매질의 굴절률이 상기 기판의 굴절률의 80% 이상인 것과 상기 매립 매질의 굴절률이 상기 광산란 능동 입자들의 굴절률보다 작은 것 중 적어도 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 광산란 능동 입자들은 산란된 방사광의 주파수를 바꾸지 않는 입상의, 순수한 산란 재료로 형성되거나 또는 입상의 양자 변환기 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 매립 매질은 유체 재료이고, 상기 광산란 능동 입자들은 상기 유체 매립 매질 내에서 서스펜션 상태로 또는 용해되지 않은 상태로 존재하거나 또는 상기 유체 매립 매질이 주위를 흐르는 고체 형태, 소성된 형태 및 다공성 형태 중 적어도 하나의 형태를 갖는 합성물을 형성하며, 또는 상기 매립 매질은 상기 광산란 능동 입자들이 매립되어 있는 고체 재료인 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 매립 매질은 그 굴절률이 기판/매립 매질 계면의 소정의 전반사각에 맞도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 매립 매질은 공동(cavity) 내에서 고정된 방식으로 또는 흐르는 방식으로 수용되는 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 광산란 능동 입자들은 느슨하고, 움직임 가능한 형태로 또는 입자 운반 기판에 부착된 고정된 형태로 상기 매립 매질에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 광산란 능동 입자들은 유체 매립 매질 내에 느슨하고, 움직임 가능한 형태로 수용되며 상기 광산란 능동 입자들의 운동을 위한 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 입자 운동 장치는 상기 유체 매립 매질의 능동적인 흐름 운동, 상기 광산란 능동 입자들의 능동적인 운동, 및 상기 매립 매질 내에 추가적으로 수용된 보조 입자들의 능동적인 운동 중 적어도 하나를 위한 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 광산란 디스크.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 광산란 디스크를 포함하는, 광학 시스템의 결상 수차를 결정하기 위한 측정 장치.
12. - 빔 경로 내에서 검사 대상의 하류측에 배치된 회절 격자(9) 및

    - 상기 회절 격자의 하류측에 배치된 검출소자(10)를 포함하며,

    - 상기 회절 격자(9)와 검출소자(10) 사이에 광산란 디스크(11)가 배치되며, 상기 회절 격자는 광산란층(11b)의 반대쪽에 있는 산란 디스크 기판(11a)의 표면 위에 제공되거나, 또는 상기 산란 디스크 기판에 접하는 그 자신의 격자 기판 위에 제공되고,

    상기 광산란 디스크(11)는,

    - 투명 기판(1) 및

    - 상기 기판의 표면과 접하며 광산란 능동 입자(3)들을 갖는 광산란층(2)을 포함하고,

    상기 광산란층(2)은, 공기보다 광학적으로 밀하며 상기 기판(1)의 대향하는 표면과 지역적으로 접하고 상기 광산란 능동 입자(3)들을 둘러싸는 매립 매질(4)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 검사 대상의 간섭식 파면 측정을 위한 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    측방 전단 간섭계로서 설계된 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 12 항에 있어서,

    점회절 간섭계로서 설계된 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 12 항에 있어서,

    샤크-하트만(Shack-Hartmann) 센서로서 설계된 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 12 항에 있어서,

    상기 산란 디스크는 그의 광산란층에 의해 상기 검출소자와 직접 접촉하고 있거나, 또는 상기 광산란층은 상기 검출소자로부터 떨어져 있으며, 검사 대상과 대향하는 표면에 상기 회절 격자가 제공되는 공통의 격자/산란 디스크 기판의 검출기측 표면에 접착에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 12 항에 있어서,

    액침 매질(13)이 상기 회절 격자와 검사 대상 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 12 항에 있어서,

    상기 검사 대상은 마이크로리소그래피 투영 대물렌즈(8)인 것을 특징으로 하는 장치.
19. 투영 대물렌즈(8)를 포함하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치에 있어서,

    광산란 디스크가 소정의 시간 간격을 두거나 계속해서 상기 투영 대물렌즈의 방사광 출사측에 배치되고,

    상기 광산란 디스크는,

    - 투명 기판(1) 및

    - 상기 기판의 표면과 접하며 광산란 능동 입자(3)들을 갖는 광산란층(2)을 포함하고,

    상기 광산란층(2)은, 공기보다 광학적으로 밀하며 상기 기판(1)의 대향하는 표면과 지역적으로 접하고 상기 광산란 능동 입자(3)들을 둘러싸는 매립 매질(4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 투영 대물렌즈는 그의 방사광 출사측에서 적어도 0.9의 개구수를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
21. 제 19 항에 있어서,

    상기 투영 대물렌즈는 액침 매질과 함께 동작하도록 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
22. 제 20 항에 있어서,

    상기 투영 대물렌즈는 그의 방사광 출사측에서 적어도 1.0의 개구수를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
23. 제 21 항에 있어서,

    액침 매질은 액침 유체인 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
24. 제 21 항에 있어서,

    상기 광산란 디스크는 상기 액침 매질과 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 액침 매질이 상기 투영 대물렌즈와 상기 광산란 디스크 사이의 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.

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