KR101725529B1 - 간섭계 인코더 시스템 - Google Patents
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Abstract
인코더 스케일의 자유도에 따른 변화에 관한 정보를 판정하는 방법은, 제1 빔과 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키고, 제1 빔 및 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하는 빔 지향 및 결합 단계로서, 제1 빔 및 제2 빔이 공통의 광원로부터 유도되고, 제1 빔 제2 빔이 상이한 주파수를 가지며, 제1 빔이 비-리트로 각(non-Littrow angle)으로 인코더 스케일과 접촉하고, 제1 빔이 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하는, 빔 지향 및 결합 단계와, 출력 빔에 기초하여 간섭 신호를 검출하는 검출 단계로서, 간섭 신호가 제1 빔과 제2 빔 간의 광 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하는, 검출 단계, 및 헤테로다인 위상에 기초하여 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시는 간섭계 인코더 시스템 및 방법과, 이러한 간섭계 인코더 시스템 및 방법의 적용에 관한 것이다.
간섭 측정 시스템은 광학 간섭 신호에 기초하여 측정 대상의 상대적 위치의 변화를 모니터링하는 경우가 있다. 예를 들어, 간섭계는 측정 대상으로부터 반사된 측정 빔을 "기준 빔"이라고도 불리는 제2 빔과 중첩 및 간섭함으로써 광학 간섭 신호를 생성한다. 측정 빔과 기준 빔은 공통의 광원로부터 유도된다. 측정 대상의 상대적 위치의 변화는 측정된 광학 간섭 신호의 위상의 변화에 대응한다.
이러한 간섭 측정 시스템의 예로서, 인코더 스케일(encoder scale)이라 불리는 측정용 눈금(measuring graduation)을 추적함으로써 대상의 움직임을 평가하는 간섭 인코더 시스템이 있다. 전형적으로, 간섭계 인코더 시스템은 인코더 스케일과 인코더 헤드(encoder head)를 포함한다. 인코더 헤드는 간섭계를 포함하는 어셈블리이다. 간섭계는 측정 빔을 인코더 스케일로 향하게 하는데, 여기서 빔은 회절한다. 간섭계는 회절된 측정 빔을 기준 빔과 결합하여, 대상의 위치와 관련된 위상을 포함하는 출력 빔을 형성할 수 있다. 인코더 시스템은 리소그래피 툴 내의 가동 스테이지(moveable stage)의 움직임을 모니터링하는 리소그래피 적용에 광범위하게 사용된다. 인코더 시스템은 대기 난류에 대한 이들의 상대적인 무감응성(insensitivity)에 의해 이러한 적용에서 장점을 가질 수 있다.
본 개시는 특정의 측정 방향에서 인코더 스케일의 이동으로부터 생기는, 인코더 스케일로부터 회절된, 반사되거나 투과된 빔에서 생기는 위상 변화의 헤테로다인 측정을 수행하는 인코더 시스템 및 방법에 관한 것이다. 인코더 시스템은 비-리트로(non-Littrow) 구성에서 회절된 측정 빔에 기초하여 간섭계 신호를 생성하도록 배치될 수 있다. 인코더 시스템은 소형의 인코더 헤드와 다수의 측정 채널을 포함한다.
소정의 관점에서, 본 개시는 인코더 스케일의 하나 이상의 변위 방향에서의 변화를 정확하게 측정할 수 있는 인코더 시스템에 관한 것이다. 인코더 시스템은, (1) 상이한 주파수의 2개의 선형 직교 방향으로 편광된 성분을 가진 주파수 안정화 조명의 광원 빔; (2) 하나 또는 2개의 성분을 모니터링할 본체에 부착된 인코더 스케일로 지향시키기 위한 수단(예를 들어, 광학 어셈블리); (3) 회절된 빔의 하나 또는 2개의 성분을 수신하는 수단(예를 들어, 광학 어셈블리); (4) 헤테로다인 신호를 생성하기 위해 2개의 주파수 성분을 결합 및 혼합하는 수단(예를 들어, 광학 어셈블리); (5) 전기적 측정 신호를 생성하기 위한 수단(예를 들어, 광전기 검출기를 포함하는 검출기 모듈); 및 (6) 인코더 스케일의 회절성 구조와 감지 방향에 따른 인코더 스케일의 변위에 관련된, 측정된 위상을 나타내는 수단(예를 들어, 위상 계기/어큐물레이터)을 포함한다. 실시예는 이하의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예는 헤테로다인 레이저 광원 및 검출 수단과 함께 동작하도록 리트로(Littrow)에서 동작할 수 없도록 설계될 수 있으며, 인코더 스케일의 상단 및 기울기에 대해 감응하지 않은 제1 차수가 될 수 있으며, 계측의 2개의 축(예를 들어, X 및 Z, Y 및 Z) 중의 최소의 것을 제공할 수 있거나 및/또는 필요한 경우 완전한 3D 모션 검출을 제공하기 위해 2D 인코더 스케일에 의해 기능할 수 있다. 인코더 시스템은 리소그래피 툴에서 사용이 가능하지만, 다른 응용기기에서도 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 특징에 대하여 이하에 간략히 설명한다.
일반적으로, 제1 관점으로서, 본 발명은 인코더 스케일(encoder scale)의 자유도(degree of freedom)에 따른 변화에 관한 정보를 판정하는 방법을 제공하는데, 본 방법은, 제1 빔(beam)과 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키고, 제1 빔과 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하는 빔 지향 및 결합 단계로서, 제1 빔 및 제2 빔이 공통의 광원로부터 유도되고, 제1 빔 제2 빔이 상이한 주파수를 가지며, 제1 빔이 비-리트로 각(non-Littrow angle)으로 인코더 스케일과 접촉하고, 제1 빔이 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하는, 빔 지향 및 결합 단계; 및 출력 빔에 기초하여 간섭 신호(interference signal)를 검출하는 검출 단계로서, 간섭 신호가 제1 빔과 제2 빔 간의 광 경로 차(optical path difference)에 관련된 헤테로다인 위상(heterodyne phase)을 구비하는, 검출 단계; 및 헤테로다인 위상에 기초하여 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함한다.
본 방법의 구현은 이하의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 빔은 인코더 스케일에 법선 방향으로(normally) 입사할 수 있다. 제1 빔은 인코더 스케일에 비법선 방향으로(non-normally) 입사할 수 있다. 제1 빔은, 회절된 측정 빔(diffracted measurement beam)이 인코더 스케일에 대해 법선 방향이 되는 각도로 인코더 스케일에 입사할 수 있다.
자유도는 인코더 스케일의 평면에 위치하는 축에 따른 인코더 스케일의 위치가 될 수 있다.
제1 빔 및 제2 빔은 선형으로 편향된 빔(linearly polarized beam)이 될 수 있다. 인코더 스케일로부터 회절하기 전과 후의 제1 빔의 경로는 평면을 규정할 수 있으며, 제1 빔은 평면에 대해 직교하는 방향으로 편광될 수 있다. 일실시예에서, 인코더 스케일은 제1 방향에 따라 연장하는 격자 라인(grating line)을 포함할 수 있으며, 측정 빔은 격자 라인에 평행한 방향으로 선형으로 편광될 수 있다. 제1 빔 및 제2 빔을 지향시키는 단계는, 제1 빔의 편광 상태를 인코더 스케일로부터 회절하기 전에 90도(°)만큼 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 제1 빔 및 제2 빔은 직교 방향으로 편광된 빔이다. 간섭 신호를 검출하는 단계는, 직교 방향으로 편광된 제1 및 제2 빔의 각각의 성분(component)을 투과하는 편광 요소(polarizing element)를 통과하도록 출력 빔을 지향시키는 단계를 포함할 수 있다.
제1 빔 및 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키는 단계는, 빔 스플리터(beam splitter)를 사용하여 입력 빔으로부터 제1 빔 및 제2 빔을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 제1 빔 및 제2 빔은 빔 스플리터를 사용하여 결합될 수 있다. 제1 및 제2 빔은 다른 빔 스플리터를 사용하여 결합될 수 있다. 빔 스플리터는 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)가 될 수 있다.
일실시예에서, 제2 빔은 인코더 스케일과 접촉하지 않도록 된다. 이와 달리, 제2 빔은 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절할 수 있다. 회절된 제2 빔은 0차 회절 빔(zero-order diffracted beam)이 될 수 있다. 회절된 제2 빔은 인코더 스케일에서 제1 빔과 동일 직선을 이룰 수 있다.
제1 빔은 인코더 스케일로부터 한 번만 회절할 수 있다. 이와 달리, 일실시예에서, 제1 빔은 인코더 스케일로부터 한번 이상(예를 들어, 2번) 회절한다. 인코더 스케일로부터 회절하기 전의 제1 빔의 경로는, 인코더 스케일로부터 두 번째로 회절한 이후에 제1 빔의 경로와 평행하게 될 수 있다. 제1 빔은, 인코더 스케일로부터 첫 번째로 회절한 후에, 역반사기(retroreflector)에 의해, 제2 빔과 결합하기 전에 인코더 스케일로부터 두 번째로 회절하도록 지향될 수 있다.
정보는 하나 이상의 헤테로다인 위상 측정에 기초하여 유도될 수 있다.
본 방법은, 제3 빔과 제4 빔을 결합하여 제2 출력 빔을 형성하는 결합 단계로서, 제3 빔 및 제4 빔은 공통의 광원로부터 유도되며, 제3 빔은 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하는, 결합 단계; 및
제2 출력 빔에 기초하여 제2 간섭 신호를 검출하는 검출 단계로서, 제2 간섭 신호는 제3 빔과 제4 빔 간의 광학 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하는, 검출 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 빔 및 제3 빔은 인코더 스케일과 동일한 위치에서 접촉할 수 있다. 이와 달리, 또는 이에 추가로, 제1 빔 및 제2 빔은 인코더 스케일과 상이한 위치에서 접촉할 수 있다. 정보는 제1 출력 빔 및 제2 출력 빔의 헤테로다인 위상에 기초하여 판정될 수 있다. 1번 회절된 측정 빔 및 제3 빔은 각각 측정 빔의 +1 회절 차수 및 -1 회절 차수가 될 수 있다.
자유도는 인코더 스케일의 평면에서의 제1 축에 따른 인코더 스케일의 변위(displacement)에 대응할 수 있다. 본 방법은, 인코더 스케일의 제2 자유도에 관한 정보를 판정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제2 자유도는 제1 축에 직교하는 제2 축에 따른 인코더 스케일의 변위가 될 수 있다. 제2 축은 인코더 스케일의 평면 내에 있을 수 있다. 제2 축은 인코더 스케일의 평면에 대해 직교할 수 있다.
자유도는 축을 중심으로 한 인코더 스케일의 기울기(tilt)가 될 수 있다.
본 방법은, 공통의 광원에 의해 생성되며 제1 빔을 유도하는 입력 빔의 기준 위상(reference phase)을 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 정보를 판정하는 단계는, 헤테로다인 위상을 기준 위상과 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 빔은 400 나노미터(nm)부터 1,500 nm까지의 범위 내의 파장을 가질 수 있다. 일실시예에서, 제1 빔은 대략 633 나노미터(nm) 또는 대략 980 nm의 파장을 갖는다.
인코더 스케일은 격자(grating)를 포함할 수 있다. 격자는 대략 1λ부터 대략 20λ까지의 범위 내의 피치를 가지며, λ는 제1 빔의 파장이다. 일실시예에서, 격자는 대략 1 ㎛부터 대략 10 ㎛까지의 범위 내의 피치를 갖는다.
제1 빔 및 제2 빔은 광학 어셈블리를 사용하여 이들 각각의 경로를 따르도록 지향될 수 있고, 상기 방법은, 정보를 판정하면서, 광학 어셈블리에 대하여 인코더 스케일을 이동시키는(translate) 단계를 더 포함할 수 있다. 광학 어셈블리 또는 인코더 스케일은 웨이퍼 스테이지(wafer stage)에 부착될 수 있으며, 본 방법은, 정보에 기초하여 리소그래피 시스템으로부터의 방사선에 대한 웨이퍼의 위치를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 광학 어셈블리 또는 인코더 스케일은 레티클 스테이지(reticle stage)에 부착될 수 있으며, 상기 방법은, 정보에 기초하여 리소그래피 시스템으로부터의 방사선에 대한 레티클의 위치를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 다른 관점에서, 본 발명은 인코더 시스템을 제공한다. 인코더 시스템은, 입력 빔으로부터 서로 상이한 주파수를 갖는 제1 빔 및 제2 빔을 유도하고, 제1 빔 및 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키며, 제1 빔과 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구성된 광학 어셈블리; 회절성 인코더 스케일(diffractive encoder scale)로서, 제1 빔이 비-리트로 각(non-Littrow angle)으로 회절성 인코더 스케일과 접촉하도록 하고, 제1 빔이 회절성 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하도록, 제1 빔의 경로에 위치하는 회절성 인코더 스케일; 출력 빔을 검출하도록 위치하는 검출기; 및 검출기로부터, 제1 빔과 제2 빔 간의 광 경로 차(optical path difference)에 관련된 헤테로다인 위상(heterodyne phase)을 구비하는 간섭 신호를 수신하고, 헤테로다인 위상에 기초하여 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하도록 구성된 전자 프로세서를 포함한다.
인코더 시스템의 실시예는 이하의 특징 및/또는 다른 특징 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 어셈블리는 입력 빔을 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하는 광학 요소를 포함할 수 있다. 광학 요소는 비-편광 빔 스플리터(non-polarizing beam splitter)가 될 수 있다. 광학 요소는 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)가 될 수 있다. 광학 요소는 제1 빔과 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성할 수 있다.
광학 어셈블리는, 입력 빔을, 제1 빔 및 제2 빔을 유도하기 전에 2개의 평행한 서브 입력 빔(sub-input beam)으로 분할하도록 구성된 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리는 서브 입력 빔 중의 하나를 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 서브 입력 빔 중의 다른 하나를 제3 빔 및 제4 빔으로 분할하도록 구성된 빔 스플리터를 포함할 수 있으며, 광학 어셈블리는 제3 빔 및 제4 빔을 상이한 경로를 따라 지향하도록 하고, 제3 빔과 제4 빔을 결합하여 제2 출력 빔을 형성할 수 있다. 광학 어셈블리는 제3 빔을 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하도록 지향시킬 수 있다. 광학 어셈블리는 한번 회절된 제1 빔 및 제3 빔을, 각각 인코더 스케일로부터 두 번째로 회절하도록 반사하기 위한 위치에 배치된 2개의 역반사기를 포함할 수 있다. 제1 빔 및 제3 빔은 인코더 스케일과 상이한 위치에서 접촉하도록 될 수 있다. 인코더 스케일은 제1 빔 및 제3 빔을 각각 +1 회절 차수 및 -1 회절 차수로 회절시키도록 될 수 있다. 광학 어셈블리에서의 입력 빔의 경로는 제1 출력 빔 및 제2 출력 빔의 경로와 평행하게 될 수 있다. 입력 빔과 제1 및 제2 출력 빔의 경로는 인코더 스케일의 평면에 대해 평행하게 될 수 있다.
광학 어셈블리는 제1 빔의 경로에 반파장판(half wave plate)을 구비할 수 있다.
인코더 스케일은 격자(예를 들어, 1차원 또는 2차원 인코더 스케일)를 포함할 수 있다.
다른 관점으로서, 본 발명은 이동가능한 스테이지; 및 앞서 설명한 관점의 인코더 시스템을 포함하며, 인코더 스케일 또는 광학 어셈블리가 스테이지에 부착되는, 시스템을 제공한다.
일반적으로, 다른 관점에서, 본 발명은 서로 상이한 주파수를 갖는 제1 빔 및 제2 빔을 유도하여 입력 빔을 형성하는 수단; 제1 빔 및 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키는 수단; 제1 빔 및 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하는 수단; 회절성 인코더 스케일(diffractive encoder scale)로서, 제1 빔이 비-리트로 각(non-Littrow angle)으로 회절성 인코더 스케일과 접촉하도록 하고, 제1 빔이 회절성 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하도록, 제1 빔의 경로에 위치하는 회절성 인코더 스케일; 출력 빔을 검출하는 수단; 및 검출하는 수단으로부터, 제1 빔과 제2 빔 간의 광 경로 차(optical path difference)에 관련된 헤테로다인 위상(heterodyne phase)을 구비하는 간섭 신호를 수신하고, 헤테로다인 위상에 기초하여 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하는 수단을 포함하는 인코더 시스템을 제공한다.
인코더 시스템의 실시예는 다른 관점의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
일반적으로, 다른 관점으로서, 본 발명은, 입력 빔으로부터, 상이한 주파수를 갖는 선형으로 편광된 빔인 제1 빔 및 제2 빔을 유도하고, 제1 빔 및 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키고, 제1 빔 및 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구성된 광학 어셈블리로서, 제1 빔의 경로에 위치하고 제1 빔의 선형 편광 상태를 90도(°)만큼 회전시키도록 구성된 광학 요소를 포함하는, 광학 어셈블리; 제1 빔의 경로에 위치한 회절성 인코더 스케일로서, 제1 빔이 회절성 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절시키도록 된, 회절성 인코더 스케일; 출력 빔을 검출하도록 위치한 검출기; 및 검출기로부터 간섭 신호를 수신하는 전자 프로세서로서, 간섭 신호가 제1 빔과 제2 빔 사이의 광학 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하며, 헤테로다인 위상에 기초하여 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하도록 구성된, 전자 프로세서를 포함하는 인코더 시스템을 제공한다.
인코더 시스템의 실시예는 이하의 특징 및/또는 다른 관점의 특징 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 요소는 제1 빔의 경로와 2번 교차하며, 2번의 교차의 각각에서 제1 빔의 선형 편광 상태를 90도(°)만큼 회전시킬 수 있다. 광학 요소는 반파장판(half wave plate)이 될 수 있다. 제1 빔은 인코더 스케일로부터 2번 회절할 수 있다. 제1 빔은 인코더 스케일에서 p-편광될 수 있다.
일반적으로, 다른 관점으로서, 본 발명은, 제1 빔을 제1 방향에서 반사하고, 제1 방향에 대해 직교하는 제2 빔을 제2 방향에서 투과시키며, 제1 빔 및 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구성된 편광 빔 분할 요소로서, 출력 빔이 제2 방향에 대해 평행한 경로를 따라 편광 빔 분할 요소로부터 빠져나가고, 제1 및 제2 빔이 상이한 주파수를 가지며 공통의 광원로부터 유도되는 것인, 편광 빔 분할 요소; 제1 빔의 경로에 위치하는 회절성 인코더 스케일로서, 제1 빔이 회절성 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하는, 회절성 인코더 스케일; 및 출력 빔을 검출하도록 위치한 검출기; 검출기로부터 간섭 신호를 수신하는 전자 프로세서로서, 간섭 신호가 제1 빔과 제2 빔 사이의 광학 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하며, 헤테로다인 위상에 기초하여 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하도록 구성된, 전자 프로세서를 포함하는 인코더 시스템을 제공한다.
인코더 시스템의 실시예는 이하의 특징 및/또는 다른 관점의 특징 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회절성 인코더 스케일은 제1 방향에 대해 직교 방향으로 배향될 수 있다. 제1 빔은 회절성 인코더 스케일에 법선 방향으로 입사될 수 있다.
일반적으로, 다른 관점으로서, 본 발명은, 광학 어셈블리에 대하여 격자의 자유도에 따른 변화에 관한 정보를 판정하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 광학 어셈블리를 이용하여 제1 빔을 제2 빔과 결합시켜 출력 빔을 형성하는 단계로서, 제1 빔이 광학 어셈블리에 대하여 이동가능한 격자로부터 회절되고, 제1 및 제2 빔이 공통의 광원로부터 유도되며, 제1 빔이 격자에 영향을 부여하는 공통의 광원으로부터 유도된 프라이머리 빔(primary beam)의 비영(non-zero) 회절 차수이고, 제1 빔이 격자에서 프라이머리 빔과 동일 선상이 아닌, 단계; 출력 빔에 기초하여 간섭 신호를 검출하는 단계로서, 간섭 신호가 제1 빔과 제2 빔 사이의 광 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하는, 단계; 및 헤테로다인 위상에 기초하여 광학 어셈블리에 대한 격자의 자유도에 따른 변환에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함한다.
본 방법의 구현은 이하의 특징 및/또는 다른 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프라이머리 빔은 격자에 대해 법선 방향으로 또는 비법선 방향으로 입사될 수 있다.
프라이머리 빔은 선형으로 편광된 빔이 될 수 있다. 프라이머리 빔은 격자에 부여되기 전에 격자의 격자 라인에 평행한 방향으로 선형으로 편광될 수 있다.
제1 및 제2 빔은 편광됨 빔이 될 수 있다. 제1 빔은 제2 빔에 대하여 직교 방향으로 편광될 수 있다. 제1 및 제2 빔은 선형으로 편광된 빔이 될 수 있다.
일실시예에서, 제2 빔은 격자와 접촉하지 않는다. 이와 달리, 일실시예에서, 제2 빔은 격자로부터 적어도 한번 회절한다. 제2 빔은 영차(zero-order) 회절된 빔이 될 수 있다. 제2 빔은 격자에서 프라이머리 빔과 공동 선상이 될 수 있다. 제2 빔은 프라이머리 빔의 회절된 차수가 될 수 있다. 제2 빔은 프라이머리 빔의 0차 회절 차수가 될 수 있다. 제1 빔은 프라이머리 빔의 제1차 회절 차수가 될 수 있다.
일실시예에서, 본 방법은, 제3 빔과 제4 빔을 결합하여 제2 출력 빔을 형성하는 단계로서, 제3 및 제4 빔이 공통의 광원로부터 유도되는 단계; 및 제2 출력 빔에 기초하여 제2 간섭 신호를 검출하는 단계로서, 제2 간섭 신호가 제3 빔과 제4 빔 사이의 광학 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하는, 단계를 포함한다. 제3 빔은 제1 빔과는 상이한, 격자로부터 회절되는 빔이다. 제1 빔과 제3 빔은 프라이머리 빔의 +1 및 -1차 회절 차수가 될 수 있다. 제2 및 제4 빔은 프라이머리 빔의 0차 회절 차수로부터 유도될 수 있다.
자유도는 격자의 평면에서의 제1 축에 따른 격자의 변위에 대응할 수 있다. 격자는 제1 축에 직교하는 제1 방향을 따라 연장하는 격자 라인을 포함할 수 있다. 본 방법은 광학 어셈블리에 대한 격자의 제2 자유도에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 자유도는 제1 축에 직교하는 제2 축에 따른 격자의 변위가 될 수 있다. 제2 축은 격자의 위치에 있을 수 있다. 이와 달리, 제2 축은 격자의 평면에 직교될 수 있다.
자유도는 격자의 평면에 직교하는 축에 따른 격자의 변위에 대응할 수 있다.
자유도는 광학 어셈블리에 대한 격자의 기울기가 될 수 있다.
본 방법은 공통의 광원에 의해 생성되고 프라이머리 빔이 유도되는 입력 빔의 기준 위상을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 정보를 판정하는 단계는 헤테로다인 위상을 기준 위상과 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 빔은 제2 빔과 결합되기 전에 격자로부터 2번 회절될 수 있다. 제1 빔은 제2 빔과 결합되기 전에 역반사기에 의해 적어도 한번 격자에 부여하도록 지향될 수 있다.
제1 및 제2 빔은 프라이머리 빔의 상이한 비영차 회절 차수가 될 수 있다.
프라이머리 빔은 제1 성분과 제2 성분을 포함할 수 있는데, 제1 및 제2 성분은 헤테로다인 주파수를 규정하며 상이한 직교 편광 상태를 규정하는 상이한 주파수를 갖는다. 프라이머리 빔은 400 nm부터 1,500 nm까지의 범위 내의 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 프라이머리 빔은 대략 633 nm 또는 대략 980 nm의 파장을 가질 수 있다.
격자는 대략 1λ부터 대략 20λ까지의 범위 내의 피치를 가질 수 있으며, λ는 프라이머리 빔의 파장이다. 격자는 대략 1 ㎛부터 대략 10 ㎛까지의 범위 내의 피치를 가질 수 있다.
본 방법은 정보를 판정하는 동안 광학 어셈블리에 대해 격자를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리 또는 격자는 웨이퍼 스테이지(wafer stage)에 부착될 수 있으며, 본 방법은, 정보에 기초하여 리소그래피 시스템으로부터의 방사선에 대한 웨이퍼의 위치를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 광학 어셈블리 또는 격자는 레티클 스테이지(reticle stage)에 부착될 수 있으며, 상기 방법은, 정보에 기초하여 리소그래피 시스템으로부터의 방사선에 대한 레티클의 위치를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 다른 관점으로서, 본 발명은 광학 어셈블리에 대한 격자의 자유도에 따른 변화에 관한 정보를 판정하기 위한 시스템을 제공한다. 본 시스템은, 상이한 주파수를 가지며 직교 편광 상태를 갖는 제1 성분과 제2 성분을 구비하는 입력 빔을 제공하도록 구성된 광원; 및 입력 빔으로부터 프라이머리 빔을 유도하고, 프라이머리 빔을 격자로 지향시키며, 비영 차수에서 격자로부터 회절된 제1 빔을 수신하며, 수신한 제1 빔을 제2 빔과 결합하여 출력 빔을 형성하는 광학 어셈블리를 포함하고, 프라이머리 빔은 입력 빔의 제1 성분을 포함하고, 제1 빔은 프라이머리 빔의 회절 차수이고, 제1 빔은 격자에서 프라이머리 빔과 공동 선상에 있지 않으며, 제2 빔은 입력 빔의 제2 성분을 포함하고, 격자는 광학 어셈블리에 대하여 이동가능하게 되어 있다. 본 시스템은 또한, 출력 빔을 검출하도록 위치한 검출기와 검출기로부터 간섭 신호를 수신하도록 구성된 전자 프로세서를 포함한다. 간섭 신호는 제1 빔과 제2 빔 사이의 광학 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하며, 전자 프로세서는 헤테로다인 위상에 기초하여 광학 어셈블리에 대한 격자의 자유도에 따른 변화에 관한 정보를 판정한다.
시스템의 실시예는 이하의 특징 및/또는 다른 관점의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 이동가능한 스테이지를 포함할 수 있으며, 격자는 이동가능한 스테이지에 부착될 수 있다.
광학 어셈블리는 제1 빔의 경로에 위치한 제2 격자를 포함할 수 있다. 제2 격자는 제1 빔을 프라이머리 빔의 경로에 평행한 경로에 따르도록 지향시키도록 구성될 수 있다. 광학 어셈블리는 제1 빔을 격자와 2번째로 접촉하도록 지향시키기 위해 제1 빔의 경로에 위치한 역반사기를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리는 프라이머리 빔과 제2 빔을 입력 빔으로부터 유도하도록 구성된 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리는 제1 빔과 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구성된 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리는 제2 빔이 격자와 접촉하도록 지향시키도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 다른 관점으로서, 본 발명은 광학 어셈블리에 대한 격자의 자유도에 따른 변화에 관한 정보를 판정하기 위한 방법을 제공한다. 본 방법은, 광학 어셈블리를 이용하여 제1 빔을 제2 빔과 결합하여 출력 빔을 형성하는 단계로서, 제1 빔이 광학 어셈블리에 대하여 이동가능한 격자로부터 회절되고, 제1 및 제2 빔이 공통의 광원로부터 유도되며, 제1 빔이 격자에 부여되는 공통의 광원로부터 유도된 프라이머리 빔의 비영차 회절 차수이고, 제1 빔이 격자에서 프라이머리 빔과 공동 선상에 있지 않은, 단계; 출력 빔에 기초하여 간섭 신호를 검출하는 단계로서, 제2 간섭 신호는 제1 빔과 제2 빔 사이의 광학 경로 차에 관련된 위상을 구비하는, 단계; 및 위상에 기초하여 광학 어셈블리에 대한 격자의 자유도에 따른 변화에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하며, 상기 위상은 광학 어셈블리에 대한 격자의 상단 및/또는 기울기에 대해 제1 차수에 대해 감응하지 않도록 되어 있다.
본 방법들의 구현은 이하의 특징 및/또는 다른 관점의 특징 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 위상은 헤테로다인 위상이 될 수 있다. 정보는 광학 어셈블리에 대한 격자의 적어도 2개의 자유도에 따른 변화에 관한 정보를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 자유도는 격자의 평면에서의 축에 따른 변위를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 자유도는 격자의 평면에 직교하는 축에 따른 변위를 포함할 수 있다.
일반적으로, 다른 관점으로서, 본 발명은 축에 따른 격자의 변위를 모니터링하는 시스템을 제공한다. 본 시스템은, 상이한 주파수를 갖는 2개의 선형으로 편광된 성분을 가진 조명을 제공하기 위한 광원; 성분 중의 하나 또는 모두를 격자로 지향시키기 위한 수단; 격자로부터 회절된 하나 또는 2개의 성분을 수신하는 수단; 2개의 주파수 성분을 결합 및 혼합하는 수단; 결합되고 혼합된 성분을 검출하는 수단; 및 검출된 성분에 관련된 위상을 측정하는 수단을 포함하며, 성분 중의 하나 또는 모두는 격자에서 리트로(Littrow) 조건을 만족시키지 않는다. 시스템의 실시예는 다른 관점의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
상기 언급한 관점의 실시예는 이하의 특징 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 어셈블리는 프라이머리 빔을 격자 쪽으로 지향시키도록 배치된 폴드 미러(fold mirror)를 포함할 수 있다. 폴드 미러는 제2 빔을 격자 쪽으로 지향시킬 수 있다. 어셈블리는 입력 빔을 프라이머리 빔과 제2 빔으로 분할하도록 배치된 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 프라이머리 빔과 제2 빔은 빔 스플리터 바로 앞의 제1 평면 내에 위치하고, 폴드 미러는 제1 평면에 직교하는 방향으로 프라이머리 빔과 제2 빔을 지향시키도록 배치된다. 프라이머리 빔과 제2 빔은 공통의 위치에서 격자와 접촉할 수 있다. 프라이머리 빔과 제2 빔은 동일한 입사각이지만 격자에 법선 방향의 반대쪽으로부터 격자와 접촉할 수 있다. 제1 빔은 제2 빔의 회절 차수에 대해 동일 선상이 될 수 있다. 광학 어셈블리는 프라이머리 빔과 제2 빔을 공통의 위치 쪽으로 각각 반사하도록 구성된 제1 미러 및 제2 미러를 포함할 수 있다. 빔 스플리터와, 폴드 미러와, 제1 및 제2 미러는 모두 모노리식 광학 요소의 인터페이스가 될 수 있다. 모노리식 광학 요소는 제1 평면의 모노리식 광학 요소의 최대 치수보다 더 작은 제1 평면에 직교하는 최대 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 평면에 직교하는 최대 치수는 제1 평면에서의 최대 치수의 0.5배 이하(예를 들어, 0.3배 이하, 0.2배 이하, 0.1배 이하, 0.05배 이하)가 될 수 있다. 제1 평면에 직교하는 모노리식 광학 어셈블리의 최대 치수는 5 cm 이하(예를 들어, 4 cm 이하, 3 cm 이하, 2 cm 이하, 1 cm 이하)가 될 수 있다.
다른 관점으로서, 본 발명은 집적 회로를 기판상에 제조하는 데에 사용되는 리소그래피 방법을 제공한다. 본 방법은, 기판을 이동가능한 스테이지(moveable stage) 상에 지지되도록 하는 단계; 공간적으로 패턴화된 방사선을 기판에 결상하는 단계; 스테이지의 위치를 조정하는 단계; 및 다른 관점의 방법 또는 시스템을 사용하여 스테이지의 위치를 모니터링하는 단계를 포함하며, 격자 또는 광학 어셈블리가 스테이지에 부착되고, 정보는 축을 따라 스테이지의 위치에 대응한다.
다른 관점으로서, 본 발명은 집적 회로를 기판상에 제조하기 위한 리소그래피 방법을 제공한다. 본 방법은 기판을 공간적으로 패턴화된 방사선에 노출시키도록 하기 위해, 리소그래피 시스템의 제1 성분을 리소그래피 시스템의 제2 성분과 관련해서 위치 결정하는 단계; 및 다른 관점의 방법 또는 시스템을 사용하여 제1 성분의 위치를 모니터링하는 단계를 포함하며, 격자 및 광학 어셈블리가 제1 성분에 부착되고, 정보는 제1 성분의 위치에 대응한다.
다른 관점으로서, 본 발명은 집적 회로를 웨이퍼 상에 제조하는 데에 사용하기 위한 리소그래피 시스템을 제공한다. 본 리소그래피 시스템은, 공간적으로 패턴화된 방사선을 웨이퍼에 결상하기 위한 투사 렌즈(projection lens); 결상된 방사선에 대하여 웨이퍼의 위치를 모니터링하도록 구성된 다른 관점의 시스템; 및 결상된 방사선에 대하여 스테이지의 위치를 조정하기 위한 위치결정 시스템(positioning system)을 포함하며, 웨이퍼는 스테이지에 의해 지지된다.
다른 관점에서, 본 발명은 집적 회로를 웨이퍼 상에 제조하는 데에 사용하기 위한 리소그래피 시스템을 제공한다. 본 시스템은, 방사선 광원, 마스크, 위치결정 시스템, 투사 렌즈, 및 다른 관점의 시스템을 구비하는 조명 시스템을 포함하며, 동작 중에, 방사선 광원에 의해 방사선이 마스크를 통과하도록 해서 공간적으로 패턴화된 방사선을 생성하고, 위치결정 시스템은 광원로부터의 방사선에 대한 마스크의 위치를 조정하고, 투사 렌즈는 공간적으로 패턴화된 방사선을 스테이지에 의해 지지되는 웨이퍼 상에 결상하며, 시스템은 광원로부터의 방사선에 대하여 마스크의 위치를 모니터링한다.
다양한 참조 문헌들이 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 상충이 있을 때에는 본 명세서가 우선한다.
하나 이상의 실시예의 상세에 대하여 첨부 도면과 이하의 상세한 설명에서 개시하고 있다. 다른 특징과 장점에 대해서는 상세한 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 인코더 시스템의 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 2의 (a)는 인코더 시스템의 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 2의 (b)는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 5a는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 5b는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 5c는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 5d는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 6a는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 6b는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 7은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 8은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 9는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 10은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 11은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 12는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 13은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 14의 (a), (b), (c)는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 14의 (a)는 인코더 시스템의 동작, 도 14의 (b)는 그 상면도, 도 14의 (c)는 측면도를 나타낸다.
도 15의 (a), (b), (c)는 인코더 시스템의 성분의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 15의 (a)는 성분의 상면도, 도 15의 (b는) 정면도, 도 15의 (c)는 측면도를 나타낸다.
도 16은 간섭계를 포함하는 리소그래피 툴의 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 17a 및 17b는 집적 회로를 제조하는 단계를 설명하는 플로차트이다.
여러 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 2의 (a)는 인코더 시스템의 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 2의 (b)는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 5a는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 5b는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 5c는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 5d는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 6a는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 6b는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 7은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 8은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 9는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 10은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 11은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 12는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 13은 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타낸다.
도 14의 (a), (b), (c)는 인코더 시스템의 다른 실시예의 일부를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 14의 (a)는 인코더 시스템의 동작, 도 14의 (b)는 그 상면도, 도 14의 (c)는 측면도를 나타낸다.
도 15의 (a), (b), (c)는 인코더 시스템의 성분의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 15의 (a)는 성분의 상면도, 도 15의 (b는) 정면도, 도 15의 (c)는 측면도를 나타낸다.
도 16은 간섭계를 포함하는 리소그래피 툴의 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 17a 및 17b는 집적 회로를 제조하는 단계를 설명하는 플로차트이다.
여러 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 간섭계 인코더 시스템(100)은 광원 모듈(120)(예를 들어, 레이저를 포함), 광학 어셈블리(110), 측정 대상(101), 검출기 모듈(130)(예를 들어, 편광기 및 검출기를 포함), 및 전자 프로세서(150)를 포함한다. 일반적으로, 광원 모듈(120)은 광원을 포함하며, 빔 정형 광학기기(예를 들어, 광 콜리메이팅 광학기기), 광 안내 성분(예를 들어, 광섬유 도파관), 및/또는 편광 관리 광학기기(예를 들어, 편광판 및/또는 파장판) 등의 다른 성분을 포함할 수도 있다. 광학 어셈블리(110)의 다양한 실시예에 대하여 이하에 설명한다. 광학 어셈블리는 "인코더 헤드"(encoder head)라고도 불린다. 데카르트 좌표(Cartesian coordinate) 시스템을 참조를 위해 도시하고 있다.
측정 대상(101)은 Z축을 따라 광학 어셈블리(110)로부터 어느 정도의 공칭 거리(nominal distance)만큼 떨어져 위치해 있다. 인코더 시스템이 리소그래피 툴 내의 웨이퍼 스테이지 또는 레티클 스테이지의 위치를 모니터링하는 데에 사용되는 많은 응용에 있어서, 측정 대상(101)은 Z축에 대항 광학 어셈블리로부터 일정한 거리를 공칭적으로 유지하면서, 광학 어셈블리에 대하여 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동한다. 이 일정한 거리는 비교적 작을 수 있다(예를 들어, 몇 센티미터 이하). 그러나, 이러한 응용에서, 측정 대상의 위치는 전형적으로, 공칭적으로 일정한 거리로부터 약간 변경될 것이며, 데카르트 좌표 시스템 내의 측정 대상의 상대적 배향은 역시 약간 변경될 수 있다. 동작 중에, 인코더 시스템(100)은 X축에 대한 측정 대상(101)의 위치를 포함하여, 또한 소정의 실시예에서, 피치 및 요오 각(yaw angular) 배향에 대한 및/또는 y축 및/또는 z축에 대한 측정 대상(101)의 위치를 포함하여, 광학 어셈블리(110)에 대한 측정 대상(101)의 하나 이상의 자유도를 모니터링한다.
측정 대상(101)의 위치를 모니터링하기 위해, 광원 모듈(120)은 입력 빔(122)을 광학 어셈블리(110)로 향하게 한다. 광학 어셈블리(110)는 입력 빔(122)으로부터 측정 빔(112)을 유도하고, 측정 빔(112)이 측정 대상(101)으로 지향되도록 한다. 광학 어셈블리(110)는 또한 입력 빔(122)으로부터 기준 빔(도시 안 함)을 유도하고, 이 기준 빔을 측정 빔으로부터의 경로 차에 따라 지향하도록 한다. 예를 들어, 광학 어셈블리(110)는 입력 빔(122)을 측정 빔(112)과 기준 빔으로 분할하는 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다. 측정 빔 및 기준 빔은 직교의 편광(예를 들어, 직교의 선형 편광)을 가질 수 있다.
측정 대상(101)은 인코더 헤드로부터의 측정 빔을 하나 이상의 회절된 차수로 회절시키는 측정용 눈금에 해당하는 인코더 스케일(encoder scale)(105)을 포함한다. 일반적으로, 인코더 스케일은 격자 또는 홀로그래픽 회절 구조체 등의 여러 상이한 회절 구조체를 포함할 수 있다. 격자의 예로는 사인곡선형, 직사각형, 또는 톱니 격자 등이 있다. 격자는 일정한 피치를 갖는 주기적 구조의 특징을 가질 수 있지만, 더 복잡한 주기적 구조(예를 들어, 쳐프 격자(chirped grating))가 될 수도 있다. 일반적으로, 인코더 스케일은 측정 빔을 하나 이상의 평면에 회절시킬 수 있다. 예를 들어, 인코더 스케일은 측정 빔을 X-Z 및 Y-Z 평면 내의 회절된 차수로 회절시키는 2차원 격자가 될 수 있다. 인코더 스케일은 측정 대상(110)의 움직임 범위에 대응하는 거리에 대해 X-Y 평면에서 연장한다.
본 실시예에서, 인코더 스케일(105)은 도 1에 나타낸 데카르트 좌표 시스템의 Y축에 평행한, 해당 페이지의 평면에 직교하는 방향으로 연장하는 격자 라인을 갖는 격자이다. 격자 라인은 X축을 따라 주기성을 갖는다. 인코더 스케일(105)은 X-Y 평면에 대응하는 격자 평면을 가지며, 인코더 스케일은 측정 빔(112)을 Y-Z 평면 내의 하나 이상의 회절된 차수로 회절한다.
측정 빔(114)의 이러한 회절된 차수 중의 하나 이상은, 광학 어셈블리(110)로 되돌아와서, 기준 빔과 결합하여 출력 빔(132)을 형성한다. 예를 들어, 1번 회절된 측정 빔(114)은 1차 회절 빔이 될 수 있다.
출력 빔(132)은 측정 빔과 기준 빔 사이의 광학 경로 길이 차(optical path length difference)에 관련된 위상 정보를 포함한다. 광학 어셈블리(110)는 출력 빔(132)을 검출기 모듈(130)로 향하도록 하고, 이 검출기 모듈은 출력 빔을 검출하고 검출된 출력 빔에 따라 신호를 전파 프로세서(150)로 전송한다. 전자 프로세서(150)는 해당 신호를 수신해서 분석하고, 광학 어셈블리(110)에 대한 측정 대상(101)의 하나 이상의 자유도에 관한 정보를 판정한다.
일실시예에서, 측정 빔 및 기준 빔은 약간의 주파수 차(예를 들어, kHz 내지 MHz 범위의 차)를 가짐으로써, 이러한 주파수 차에 대략 대응하는 주파수에서 관련 간섭계 신호를 생성할 수 있다. 이러한 주파수를 "헤테로다인" 주파수 또는 "기준" 주파수라고 하며, 
R (각 주파수에 대한)로 표시한다. 측정 대상의 상대적 위치의 변화에 관한 정보는 일반적으로 이러한 헤테로다인 주파수에서의 간섭계 신호의 위상에 대응한다. 이 위상을 추출하기 위해 신호 처리 기술이 사용될 수 있다. 일반적으로, 이동가능한 측정 대상에 의해, 이러한 위상은 시간에 따라 변한다고 할 수 있다. 이와 관련해서, 측정 대상 이동의 1차 시간 미분(the first order time derivative)에 의해, 간섭계 신호의 주파수가 "도플러" 시프트라고 하는 양만큼 헤테로다인 주파수로부터 시프트한다.
측정 빔과 기준 빔의 주파수 차는, 예를 들어 레이저 제만(Zeeman) 분할에 의해, 음향-광학 변조에 의해, 2개의 상이한 레이저 모드를 사용하여, 또는 복굴절 요소를 사용하는 레이저에 대해 내부에서 생길 수 있다. 직교 편광에 의해, 편광하는 빔 스플리터가 측정 빔과 기준 빔을 상이한 경로를 따라 지향하게 되며, 이들이 결합되어 출력 빔을 형성하게 되고, 출력 빔은 편광판을 통과하고, 직교 방향으로 편광된 성분과 혼합되어 간섭할 수 있다. 타겟의 움직임이 없으면, 간섭 신호는 2개의 성분의 광학 주파수에서의 차에 해당하는 헤테로다인 주파수에서 진동한다. 움직임이 있으면, 헤테로다인 주파수는 주지의 도플러 관계를 통해 타겟의 속도와 관련된 변화를 일으킨다. 따라서, 헤테로다인 주파수의 변화를 모니터링함으로써, 광학 어셈블리에 대한 타겟의 이동을 모니터링할 수 있다.
이하에 개시하는 실시예에서, "입력 빔"은 일반적으로 광원 모듈에 의해 방출되는 광을 의미한다. 헤테로다인 검출의 경우, 입력 빔은, 앞서 언급한 바와 같이, 약간 상이한 주파수를 갖는 성분을 포함한다.
일반적으로, 측정 빔은 1번 회절된 측정 빔이 리트로(Littrow) 조건을 만족하지 않는 입사각으로 측정 대상에 입사된다. 리트로 조건은 회절 구조가 회절된 빔을 다시 광원 쪽으로 향하게 하는 입사 빔에 대한 격자 등의 회절 구조의 배향을 의미한다. 다시 말해서, 인코더 시스템(100)에서, 1번 회절된 측정 빔은 인코더 스케일에서의 회절에 앞서 측정 빔과 공동 직선상에 있지 않는다.
인코더 스케일(105)은 한 방향에서 주기성을 갖는 구조체인 것으로, 도 1에 도시되어 있지만, 더 일반적으로는, 측정 대상은 측정 빔을 적절하게 회절하는 여러 다양한 회절 구조체를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 측정 대상은, 측정 빔을 2개의 직교 평면 내의 빔으로 회절하는, 2개의 방향에서(예를 들어, x축 및 y축을 따라) 주기성을 갖는 회절 구조(예를 들어, 인코더 스케일)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 인코더 스케일 및 광원 모듈의 회절 구조는, 인코더 시스템이 대응하는 기준 빔과 결합될 때의 하나 이상의 검출가능한 간섭 신호를 시스템에 대한 기하학적 제한 내에서 설정하기에 충분한 세기를 갖는 하나 이상의 회절된 측정 빔을 제공하도록 선택된다. 일실시예에서, 광원 모듈은 400 nm 내지 1,500 nm 범위의 파장을 갖는 입력 빔을 제공한다. 예를 들어, 입력 빔은 대략 633 nm 또는 대략 980 nm의 파장을 가질 수 있다. 일반적으로, 헤테로다인 광원의 주파수 분할에 의해, 입력 빔의 2개의 성분의 파장 간에는 약간의 차이만 있게 되어, 입력 빔이 정확히 단색 광이 아닌 경우라도, 단일의 파장에 의해 입력 빔을 특징화할 수 있다. 일실시예에서, 광원 모듈은 기체 레이저(예를 들어, HeNe 레이저), 레이저 다이오드 또는 다른 고체상태 레이저 광원, 발광 다이오드, 또는 할로겐 광 등의 열 광원을 포함할 수 있는데, 이들은 스펙트럼 대역폭을 변경하는 필터를 구비해도 되고 구비하지 않아도 된다.
일반적으로, 회절 구조(예를 들어, 격자 피치)는 입력 빔의 파장 및 광학 어셈블리의 배치 및 측정을 위해 사용되는 회절 차수에 따라 달라질 수 있다. 일실시예에서, 회절 구조는 대략 1λ 내지 대략 20λ까지의 범위 내의 피치를 갖는 격자인데, 여기서 λ는 광원의 파장이다. 격자는 대략 1㎛ 내지 대략 10㎛의 범위의 피치를 가질 수 있다.
인코더 시스템의 다양한 구현을 보면, 일실시예에서, 인코더 시스템은 측정 빔이 인코더 스케일까지 단일의 경로를 형성하고, 측정 빔의 단일의 회절된 차수가 측정에 사용되도록 배치된다. 예를 들어, 도 2의 (a)를 참조하면, 인코더 시스템(200)의 광학 어셈블리(110)는 제1 편광 빔 스플리터(PBS)(210), 제2 PBS(220), 및 격자(211)를 포함한다. 검출기 모듈(130)은 편광기(231) 및 검출기(230)를 구비한다. PBS(210)는 입력 빔(122)을 측정 빔(112)과 기준 빔(113)으로 분할한다. 도시된 바와 같이, 측정 빔(112)은 도면의 평면에서 편광되고(p-편광), 2차 빔(113)은 도면의 평면에 직교방향으로 편광(s-편광)된다. 측정 빔(112)은 인코더 스케일(105)에 의해 회절되고, 1번 회절된 측정 빔(114)은 측정 빔(112)의 비영차(non-zeroth) 회절 차수(예를 들어, 1차 또는 2차)에 대응한다. 인코더 스케일(105)과 유사한 회절 구조(예를 들어, 동일한 피치)를 가질 수 있는 격자(211)는, 2번 회절된 측정 빔이 회절되지 않은 측정 빔(112)의 경로와 평행한 경로를 따라 PBS(220)에 입사하도록, 1번 회절된 측정 빔(114)을 회절시킨다. PBS(220)는 2번 회절된 측정 빔(114)을 기준 빔(113)과 결합하여 출력 빔(132)을 형성한다. 검출기 모듈(130)에서, 편광기(231)는 출력 빔이 검출기(230)에 입사하기 전에, 출력 빔의 측정 및 기준 빔 성분을 혼합한다. 이것은, s-편광된 광의 성분과 p-평광된 광의 성분을 투과할 수 있도록(예를 들어, 투과 축이 해당 페이지의 평면에 대하여 45°로 배향되도록 하여), 편광기(231)의 투과 축을 배향하는 것에 의해 달성될 수 있다.
인코더 시스템(200)은 단일의 검출 채널을 갖는 인코더 시스템의 예이며, 여기서 측정 빔은 측정 대상에 대하여 단일 경로를 형성한다. 여기서, 검출기(230)에서 측정된 위상은 X 방향 및 Z 방향에서의 인코더 스케일(105)의 이동에 따라 변할 것이다. 이 시스템의 변형도 가능하다. 예를 들어, 일실시예에서, 측정 빔(114)은 주파수 및 편광 성분을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (b)를 참조하면, 비편광 빔 스플리터(NPBS: non-polarizing beam splitter)(212)는 입력 빔을 측정 빔 및 기준 빔으로 분할해서, s-편광 및 p-편광된 광을 포함할 수 있도록 하는 데에 사용될 수 있다. 그러나, 1번 회절된 측정 빔(114)과 기준 빔(113)은 출력 빔(132) 내의 1번 회절된 측정 빔(114)이 하나의 상태로 편광된 성분(본 경우에는, p-편광된 광)에 대응하도록 그리고 출력 빔(132) 내의 기준 빔(113)의 일부만이 직교 편광을 가진 성분(여기서는, s-편광된 광)에 대응하도록 PBS(220)를 사용하여 결합된다.
또한, 일반적으로, 인코더 시스템(200)용의 광학 어셈블리는 도 2의 (a)에 나타낸 성분에 추가로 또는 이를 대신해서 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일실시예에서, 회절된 빔(114)은 격자(211) 대신에, 굴절성 성분(213)(예를 들어, 프리즘이나 그외 다른 굴절성의 광학 소자)를 사용하여 PBS(220)으로 다시 향하도록 할 수 있다. 이러한 실시예를 도 2의 (b)에 나타낸다.
소정의 실시예에서, 인코더 시스템은 추가의 서브시스템을 포함한다. 예를 들어, 일실시예에서, 인코더 시스템(200)은 입력 빔(122)의 위상을 모니터링하는 로컬 레퍼런스(local reference)를 포함한다. 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 로컬 레퍼런스는 빔 스플리터(240)(예를 들어, NPBS), 편광기(250), 및 검출기(260)를 사용하여 제공될 수 있다. 이러한 레퍼런스는, 예를 들어 입력 빔(122)의 성분 간의 상대적 개시 위상이 가변인 실시예에서 유용할 수 있다.
일실시예에서, 인코더 시스템은 하나 이상의 측정 채널을 제공할 수 있다. 다수의 인코더 헤드를 사용하는 것에 의해 추가의 채널이 제공될 수 있다. 이와 달리 또는 이에 추가로, 소정의 실시에에서, 단일의 인코더 헤드는 다수의 측정 채널을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 2개의 측정 채널을 포함하는 인코더 시스템(300)을 나타낸다. 이들 채널은 각각 이동 감소 분해능을 향상시키고 측정 빔 축(즉, Z축)에 따른 인코더 스케일 이동을 구분하기 위해 +1 또는 -1 측정 빔 회절 차수를 개별적으로 간섭한다. 여기서, 각 검출 채널을 위한 제2 빔은 인코더 스케일(105)에 공칭적으로 법선 방향으로(normally) 입사하는 측정 빔의 0차 회절에 대응한다.
인코더 시스템(300)은 NPBS(310) 및 NPBS(312), PBS(330) 및 PBS(332), 격자(320, 322), 편광기(340, 342), 및 검출기(350, 352)를 포함한다. 광원 모듈(120)은 입력 빔(122)이 NPBS(310) 및 NPBS(312)를 통해 인코더 스케일(105)에 도달하도록 한다. 인코더 스케일(105)은 입사 빔을 0, +1, 및 -1차 회절 차수 등의 다수의 차수로 회절한다. +1차 회절된 빔을 빔(321)이라고 하고, -1차 회절된 빔을 빔(323)이라고 한다. 이들 회절된 빔의 각각은 도면에 대해 직교하는 그리고 평면 내에 있는 편광 성분을 포함한다.
0차 회절된 빔은 NPBS(310) 및 NPBS(312)로 다시 되돌아간다. 빔 스플리터(312)는 이러한 빔을 분할해서 빔(353)의 일부가 검출기(352)를 향하도록 한다. 빔 스플리터(310)는 빔(351)의 일부가 검출기(350)를 향하도록 한다.
+1 및 -1차 회절된 빔(321, 323)은 각각 격자(320, 322)로 진행한다. 이들 격자는 빔(321, 323)을 편광 빔 스플리터(330, 332) 쪽으로 각각 회절한다. 격자(320, 322)는 입사 빔을 추가의 방향으로 회절시킬 수 있지만, 다른 회절된 차수는 도면을 간단히 나타내기 위해 생략한다.
PBS(330)는 빔(321, 351)으로부터의 직교 편광 성분을 결합하여 제1 출력 빔을 제공한다. 편광기(340)는 편광 빔 스플리터(330)로부터의 출력 빔의 경로 내에 위치하며, 검출기(350)에서 직교 편광 상태의 혼합을 제공하도록 배향된 통과 축을 갖는다. 마찬가지로, PBS(332)는 빔(323, 353)으로부터의 직교 편광 성분을 결합하여 제2 출력 빔을 제공한다. 편광기(342)는 제2 출력 빔 내의 직교 편광 상태의 혼합을 검출기(352)에 제공한다.
Z 방향에서의 인코더 스케일 이동은 채널의 측정에 공통이고, X 축에 따른 인코더 스케일 이동은 반대 부호로 검출되기 때문에, 이들 2개의 이동은 2개의 별개의 위상의 합 또는 차로 이루어지는 복합 신호에 의해 구분될 수 있다. 이 경우, 2개의 검출기에 대한 X에 따른 이동(Δx) 및 Z에 따른 이동(Δz)의 함수로서 위상의 변화에 대한 기본적인 식은 다음과 같다.
여기서, ±는 + 또는 - 차수를 나타낸다. λ는 조명 파장이며, Λ는 인코더 스케일 주기이며, 1차 회절 각(θ)은 인코더 스케일 식 λ=Λsin(θ)으로부터 구한다. Z축 및 X축에 따른 변위를 구하기 위해, 다음과 같은 합 및 차 식을 형성한다.
일실시예에서, 추가의 채널은 Y축에 따른 변위의 측정을 위해 제공될 수 있다. 이러한 2차원(2D) 적용(X 및 Y 측정)에 대하여, 에어리어 격자(area grating)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 인코더 스케일(105)은 X 방향 및 Y 방향으로 주기적이 될 수 있다. 직각(Y) 축에서의 이동은, 예를 들어 Y 방향에서의 변위 Δy를 제공하는 2개의 추가의 검출 채널을 먼저 제공하는 것으로부터 Z축에 대하여 90°로 회전한 다른 세트의 성분으로 얻을 수 있다.
도 2의 (a) 및 2b에 나타낸 실시예는 평면내 및 평면외 테스트 인코더 스케일(105) 각 이동(예를 들어, y축을 중심으로 한 회전)에 대한 감응하게 된다. 소정의 실시예에서, 이러한 감응도는 감소될 수 있다. 예를 들어, 이러한 감응도는 도 4에 나타낸 실시예에서 도시하는 것과 같은 역반사기(retroreflector)를 추가함으로써, 인코더 스케일(105)에 측정 빔의 이중 통과를 제공하는 것에 의해 감소될 수 있다. 여기서, 인코더 시스템(400)은 PBS(410)와 역반사기(420, 430)를 포함한다. 광원 모듈(120)은 입력 빔(122)을 PBS(410)로 향하게 하고, 여기서 입력 빔이 측정 빔(112)과 기준 빔(402)으로 분할되고, 측정 빔(112)과 기준 빔(402)은 직교 편광 상태를 갖는다. 여기서, 측정 빔(112)은 PBS(410)의 빔 분할 계면에 의해 반사되는 s-편광을 가지며, 기준 빔(402)은 계면에 의해 투과되는 p-편광을 갖는다. PBS(410)는 측정 빔(112)을 인코더 스케일(105)로 향하게 하여, 측정 빔(112)을 1번 회절된 측정 빔(401)(예를 들어, +1 회절 차수에 대응)을 포함하는 여러 회절된 차수로 회절시킨다. 역반사기(430)는 1번 회절된 측정 빔(401)을 인코더 스케일(105)로 다시 반사시키도록 위치하며, 여기서 측정 빔은 회절되지 않은 측정 빔(112)에 평행한 PBS(410)로 다시 회절시킨다. 빔(401)의 편광 상태는 s-편광된 상태를 유지하며, PBS(410)의 계면에 의해 검출기 모듈(130)을 향해 반사된다.
p-편광된 기준 빔(402)은 역반사기(420)에 의해 PBS(410)로 다시 반사되고, PBS 계면에서 인코더 스케일(105)로부터 2번 회절된 s-편광된 측정 빔과 다시 결합된다. 중첩하는 s-편광 및 p-편광 빔은 출력 빔을 형성하고, 검출 모듈(130)로 진행한다. 이것의 결과는, Y축을 중심으로 한 인코더 스케일(105)의 회전에 의해, 이들 빔 사이의 각도 발산이 아니라, 이들이 출력 빔으로 결합될 때에, 기준 빔(402)에 대하여 2번 회절된 측정 빔의 횡방향 변위가 생긴다는 것이다.
동일한 방법으로, 도 3에 나타낸 실시예는 +/-1 회절 차수에 기초하여 2개의 채널을 모니터링하도록 구성된 도 2의 (a)의 인코더 시스템과 유사한 설계를 구현하며, 도 4의 인코더 시스템(400)은 다수의 측정 채널에 대한 +/-1 회절 차수를 모두 이용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 및 5b에 나타낸 인코더 시스템(500)은 Z-이동 판별에 사용될 수 있는 2개의 측정 채널을 제공한다. 도 5a는 X-Z 평면의 인코더 시스템(500)을 나타내며, 도 5b는 Y-Z 평면의 시스템을 나타낸다. 인코더 시스템(500)은 빔 분할 프리즘(510), PBS(520), 및 역반사기(530, 540, 550)를 포함한다. 빔 분할 프리즘(510)은 광원 모듈(120)로부터의 입력 빔을 서로에 대해 변위된 2개의 평행 빔(522, 524)으로 분할하고, PBS(520)의 빔 분할 계면에서 직교 방향으로 편광된 빔으로 각각 분할된다. PBS(520)는 한 쌍의 빔(525, 526)을 인코더 스케일(105)로 향하도록 하고, 다른 쌍의 빔(527, 528)을 역반사기(530)로 투과시킨다.
역반사기(540)는 빔(525)으로부터 +1차 회절된 광을 역반사하도록 위치한다. 마찬가지로, 역반사기(550)는 빔(526)으로부터 -1차 회절된 광을 역반사하도록 위치한다. 각각의 역반시기로부터 역반사된 빔은 인코더 스케일(105)에서 두 번째로 회절되고, 2번 회절된 빔은 다시 PBS(620)로 향한다.
빔 블록(541, 551)은 인코더 스케일 상호작용의 각각에 대해 적절한 회절 차수를 분리시키기 위해 1번 회절된 측정 빔 경로에서 각각 역반사기(540, 550)에 제공된다. 구체적으로, 빔 블록(541)은 빔(526)으로부터 +1차 회절 광을 차단하기 위해 역반사기(540)에 위치한다. 빔 블록(551)은 빔(525)으로부터 -1차 회절 광을 차단하기 위해 역반사기(550)에 위치한다. 차단된 빔을 도 5a 및 5b에 점선으로 도시한다.
인코더 스케일(105)로부터 PBS(520)로 다시 향하는 빔은 PBS(520)의 계면에서 빔(527, 528)과 중첩되어 출력 빔의 쌍(531, 532)을 제공한다. 검출기 모듈(130)은 출력 빔(531, 532)을 각각 검출하도록 위치한 한 쌍의 검출기(535, 536)를 포함한다. 검출기 모듈은 출력 빔의 직교 방향으로 편광된 성분을 혼합하기 위해 편광기(도시 안 함)를 포함한다.
인코더 시스템(500)에서, 측정 빔은 s-편광된다. 그러나, 일반적으로, 인코더 시스템은 측정 빔이 다른 편광 상태를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정 빔의 편광 상태는 인코더 스케일(105)로부터 최대 회절 세기를 측정 빔에 사용되는 회절 차수에 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 인코더 시스템은 측정 빔이 p-편광을 갖도록 배치될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 인코더 시스템(1700)은 3차원으로 배치되고 측정 빔이 격자(1701)에서 p-편광을 갖는 2개의 측정 채널을 제공하도록 구성된다. 인코더 시스템(1700)은 NPBS(1750), PBS(1710), 및 역반사기(1730, 1740, 1750)를 포함하는 인코더 헤드를 갖는다. 인코더 시스템(1700)은 격자(1701)에 대향하는 PBS(1710)의 면에 위치한 반파장판(half wave plate)(1711)을 포함한다.
NPBS(1750)는 입력 빔을 2개의 빔으로 분할하고 이들을 PBS(1710)에 평행한 경로를 따르도록 이동시킨다. PBS(1710)는 이들 빔을 각각 측정 빔과 기준 빔으로 분할한다. 측정 빔은 s-편광을 가지며, 기준 빔을 p-편광을 가진다. 기준 빔은 역반사기(1720)로부터 다시 PBS(1710)로 반사된다. 측정 빔은 이들을 s-편광에서 p-편광으로 변환하는 반파장판(1711)을 통과한다. 이들 모두 격자(1701)에서 회절한다. 역반사기(1730)는 측정 빔의 처음의 +1 회절 차수를 반사하도록 위치한다. 역반사기(1740)는 다른 측정 빔의 -1 회절 차수를 반사한다.
측정 빔은 PBS(1710)로 다시 두 번째로 격자(1701)로부터 회절한다. PBS 큐브에 들어가기 전에, 반파장판(1711)은 측정 빔의 편광 상태를 p-편광에서 s-편광으로 다시 되돌린다. 측정 빔은 각각의 기준 빔과 재결합되어 2개의 출력 빔(1760, 1770)을 형성한다. 이들은 Y축에 평행하게 전파되어 PBS(1710)을 빠져나간다.
인코더 시스템(1700)에서, 측정 빔이 PBS에 대하여 s-편광되지만, 인코더 스케일의 회절된 빔에 대해서는 p-편광을 가짐으로써, 회절 효율이 높아지고 입력 빔 에너지의 전체 사용을 더 효율적으로 되도록 한다. 또한, 인코더 헤드는 상대적으로 소형, 특히 Z 방향으로 소형이 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 일실시예에서, 인코더 헤드는 5 입방 인치보다 작은 체적(예를 들어, 대략 3 입방 인치 이하, 대략 2 입방 인치 이하, 대략 1 입방 인치 이하) 내에 체결될 수 있다. 일실시예에서, 인코더 헤드는 Z 방향에서 인치 이하의 두께(예를 들어, 1 cm 이하, 0.5 cm 이하)를 갖는다.
일실시예에서, 편광 수정 요소(예를 들어, λ/4 및/또는 λ8 판 등과 같은 다양한 지연의 파장판)가 검출 위치결정을 더 용이하게 하도록, 하나 이상의 빔을 시프트하는 방식으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 1/4 파장판이 회절된 측정 빔 중의 하나와 기준 빔 중의 대응하는 하나의 경로에 위치될 수 있으며, 이에 의해 대응하는 출력 빔이 다른 출력 빔과 다른 면으로부터 PBS를 빠져나간다. 도 6a는, 인코더 시스템(600)이 1/4 파장판(552, 553)을 포함하는 점을 제외하고는, 인코더 시스템(500)의 구성과 유사하다. 1/4 파장판(552)은 인코더 스케일(105)로부터 회절된 측정 빔(525)의 경로에 위치하고, 1/4 파장판(553)은 기준 빔(528)의 경로 내에서 PBS(520)와 역반사기(530) 사이에 위치한다. 이들 빔은 각각의 1/4 파장판을 이중으로 통과하여, 파장판의 효과가 그것을 90°로 회전시킴으로써 빔의 편광 상태를 변형시키는 것이 되도록 한다. 이러한 편광의 변화에 의해 출력 빔(532)은 출력 빔(531)과 다른 면을 통해 PBS(520)를 빠져나간다.
다른 예로서, 도 6b를 참조하면, 인코더 시스템(600')에서, λ/8 파장판(554)이 두 개의 빔(527, 528)의 경로 중의 PBS(520)와 역반사기(530) 사이에 위치하여 2개의 편광 상태에서 헤테로다인 레퍼런스(heterodyne reference)를 제공한다. 본 실시예에서, 출력 빔(531, 532)은 상이한 면으로부터 PBS(520)를 빠져나간다. λ/8 파장판(554)은 PBS(520)와 함께 큐브의 양쪽 면을 향하는 기준 빔을 분할하고, 테스트 빔의 편광 상태에만 의존하는 면에서의 간섭 신호에만 액세스가능하다. 그러나, 더 일반적으로, 출력 빔은 어떤 측정 빔 경로가 1/4 파장판을 포함하는지에 따라 어느 하나의 면으로부터 빠져나갈 수 있다. 예를 들어, PBS의 상면에서 2개의 복귀하는 테스트 빔을 가로막도록 λ/4 파장판을 위치시킴으로써, 양쪽 면에서 간섭 신호에 액세스하는 것이 용이하게 된다.
일반적으로, 편광 변조 요소의 사용에 의해, 예를 들어, 도 7에 나타낸 바와 같이, 좌측 및 우측 역반사체에 대한 동일 선상 및 동일 공간 빔을 갖는 옵션이 가능하게 된다. 여기서, 인코더 시스템(700)은 2개의 채널 측정을 제공하기 전에 공간적 분리를 이용하는 것이 아니라, 편광 상태에 기초하여 출력 빔을 분리시킨다. 인코더 시스템(700)은 PBS(520) 및 역반사기(530, 540, 550)의 배치를 갖는 시스템(600)과 유사하다. 그러나, 인코더 시스템(700)은 광원 모듈(120)과 PBS(520) 사이에 빔 스플리터를 포함하지 않는다. PBS(520)는 입력 빔(122)을 s-편광 빔(722)과 p-편광 빔(721)으로 분할한다. 빔(722)은 인코더 스케일(105)로부터 +1 회절 차수(빔 723) 및 -1 회절 차수(빔 724)를 포함하는 다수의 회절 차수로 회절시킨다. 역반사기(540)는 빔(723, 724)을 각각 반사하도록 위치한다. 편광기(810, 812)는 이들이 역반사기에 의해 반사되기 전에 1번 회절된 측정 빔(724, 723)의 경로에 위치한다. 편광기는 s-편광된 광을 투과하도록 배향된 자신들의 투과 축을 갖는다. 편광기는 역반사기(540, 550) 사이에서 빔의 재순환을 제한한다. 예를 들어, 편광기(810)가 없는 경우, 역반사기(540)를 통해 이동하고 인코더 스케일(105)에 도달한 이후의 빔(723)을 고려한다. 역반사기(550)를 통과하고, 인코더 스케일(105)로부터 다시 반사되고, 인코더 스케일(105)로부터 회절하기 전에 역반사기(540)를 통해 재순환하여 빔(725)이 되는 0차 반사가 존재할 것이다. 편광기(810, 812)는 먼저 역반사기(540)를 횡단하는 이러한 재순환하는 빔과 대응 성분을 제거한다.
인코더 시스템(700)은 빔(724)의 경로에서 역반사기(550)와 인코더 스케일(105) 사이에 1/4 파장판(801)을 포함한다. 1/4 파장판(801)을 통한 빔(724)의 이중 경로는 s-편광으로부터 p-편광으로 빔(724)의 편광 상태를 변환시킨다. 빔(723, 724)은 인코더 스케일(105)의 동일한 위치에 입사하고, 여기서 이들은 인코더 스케일에 의해 다시 회절된다. 2번 회절된 빔(723, 724)은 재결합되어, 빔(722)에 평행한 경로를 따라 PBS(520)를 향해 다시 전파되는 빔(725)을 형성한다.
인코더 시스템(700)은 PBS(520)와 역반사기(730) 사이에 λ/8 파장판(532)을 포함한다. 역반사기(530)에 의해 반사되는 기준 빔(721)은 λ/8 파장판을 두 번 통과하고, p-편광된 광으로부터 순환적으로 편광된 광으로 변환된다. PBS(520)는 측정 빔(725)의 s-편광된 성분과 기준 빔(721)의 p-편광된 광을 결합하여, 검출기(560)에 의해 검출되는 제1 출력 빔(558)을 형성한다. PBS(520)는 측정 빔의 p-편광된 성분을 기준 빔(721)의 s-편광된 성분과 결합하여, 검출기(561)에 의해 검출되는 제2 출력 빔을 형성한다. 편광기는 PBS(520)와 검출기(560, 561) 사이에 위치될 수 있지만, 도 7에는 도시하고 있지 않다.
일반적으로, 앞서 설명한 실시예들은 인코더 스케일로부터 0차 및/또는 +/-1차 회절을 이용하지만, 더 높은 회절 차수를 사용해도 된다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 일실시예에서, 입력 빔의 하나 또는 2개의 성분은 인코더 스케일(105)로 향하고, 하나의 회절된 성분이 다른 회절된 성분과 간섭하는 것을 허용한다. 도 8은 미러(830)(또는 다른 반사성 요소), 격자(840), 및 편광 빔 스플리터(810)를 포함하는 인코더 시스템(800)을 나타낸다. 인코더 시스템(800)은 검출기(820)와 편광기(812)를 포함하는 검출기 모듈과 광원 모듈(120)을 더 포함한다.
광원 모듈(120)은 +1 회절 차수(빔 821) 및 +2 회절 차수(빔 822)를 포함하는 다수 차수로 회절되는 입력 빔(122)으로 인코더 스케일(105)을 조사한다. 빔(821)은 격자(840)를 통해 PBS(810)를 전파하고, 빔(822)은 미러(830)를 통해 빔(822)으로 전파한다. PBS(810)는 빔(821)의 s-편광된 성분과 빔(822)의 p-편광된 성분을 결합하여, 편광기(812)를 통해 검출기(820)로 향하는 출력 빔을 형성한다.
인코더 시스템(800)에서, 1차 및 2차 회절 빔은 간섭한다. 2개의 간섭하는 성분이 인코더 스케일과 상호작용하도록 하는 한가지 장점은, 평면외 인코더 스케일 회전(예를 들어, Y축을 중심으로 한)이 공통 모드가 되는 것인데, 이들 1차 및 2차 회절 차수가 동일한 회전으로 되기 때문이다. 유사한 실시예를 도 9에 나타낸다. 여기서, 인코더 시스템(900)은 인코더 시스템(800)에 사용되는 격자(840) 대신에 대규모 광학 성분(850)(예를 들어, 프리즘)를 사용한다. 또한, 시스템은 빔(821)의 p-편광된 성분과 빔(822)의 s-편광된 성분로부터 형성된 출력 빔을 측정하도록 구성된다.
예를 들어, 추가의 측정 채널을 제공하고 및/또는 감도를 향상시키고 및/또는 오차 원을 최소로 하기 위해, 더 복잡한 구조가 구축될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 측정 빔을 따라(Z축) 인코더 스케일 이동 간을 구분하고 이동 감도 분해능을 향상시키기 위해 +1, +2 및 -1, -2 회절 차수를 개별적으로 이용하는 2-측정 채널 인코더 시스템(1000)을 나타낸다. 하나의 측정 채널에 대하여, 인코더 시스템(100)은 인코더 시스템(900)과 동일한 구조를 사용한다. 제2 채널은 -1 및 -2 회절 차수를 사용하도록 입력 빔(122)에 대하여 대칭적으로 배치된 동일 세트의 성분(즉, PBS(1010), 대규모 광학 성분(1050), 미러(1030), 편광기(1012), 및 검출기(1020))를 사용하여 제공된다.
Z 방향에서의 인코더 스케일 이동은 2개의 채널에 대해 공통이고, X 방향에 따른 인코더 스케일 이동은 대향하는 부호로 검출되기 때문에, 이들 두 개의 이동은 2개의 개별 위상의 합 또는 차로 이루어지는 복합 신호에 의해 구분될 수 있다. 도 10에 나타낸 실시예의 경우, 2개의 검출에 대한 X 방향에 따른 이동(Δx) 및 Z 방향에 따른 이동(Δz)의 함수로서 위상 변화에 대한 기본 식은 다음과 같다.
여기서, ±는 + 또는 - 차수를 나타낸다. λ는 조명 파장이며, Λ는 인코더 스케일 주기이며, 인코더 스케일 등식 nλ=Λsin(θ)은 n차 회절 각을 나타낸다. 변위를 구하기 위해, 다음의 간단한 합 및 차 등식을 형성한다.
일반적으로, 실시예는 둘 이상의 측정 채널의 특징을 가질 수 있으며 및/또는 인코더 스케일 변위에 추가로 또는 이와 다르게 측정 대상의 경사각을 측정하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 11을 참조하면, 인코더 시스템(1100)에 의해, 입력 빔(122)을 분할하고 2개의 별개의 지점에서 인코더 스케일(105)을 조회함으로써 측정 대상 로컬 기울기의 계산을 할 수 있다. 본 예에서, 인코더 시스템(1100)은 입력 빔(122)을 2개의 빔(1101, 1102)(예를 들어, 각각 -1 및 +1 회절 차수)으로 분할하는 격자(1110)(예를 들어, 인코더 스케일(105)과 동일한 피치를 가짐)를 포함한다. 비회절(non-diffractive) 빔 스플리터 등의 다른 유형의 빔 스플리터를 사용해도 된다.
제1 측정 채널은 빔(1102)의 +1 및 0차 회절 차수로부터 제공된다. 인코더 시스템(110)은 +1 회절 차수의 경로에 위치하는 PBS(1114)와 0차 회절 차수의 경로에 있는 NPBS(1134) 및 프리즘(1124)을 포함한다. NPBS(1134)는 빔(1102)의 0차 회절 차수의 일부를 PBS(1114)로 향하도록 하고, 여기서 +1 회절 차수의 성분과 결합되어 제1 출력 빔(1152)을 형성하는데, 이 제1 출력 빔은 검출기(1150)에 의해 검출되기 전에 편광기(1151)에 의해 분석된다. 이 검출기에서 검출되는 간섭 위상은 인코더 스케일(105)의 X-이동에 대해 민감하고 빔(1102)이 인코더 스케일(105)에 도달하는 위치에서의 X-이동에 대해 민감하다.
빔(1101)의 -1 및 0 회절 차수로부터 제2 측정 채널이 제공된다. 인코더 시스템(1100)은 -1 회절 차수의 경로에 위치한 편광 빔 스플리터(1112)와 0차 회절 차수의 경로에 위치한 비편광 빔 스플리터(1132) 및 프리즘(1122)을 포함한다. 빔 스플리터(1132)는 0차 회절 차수의 빔(1101)의 일부를 PBS(1112)로 향하게 하고, 여기서, -1차 회절 차수의 성분과 결합되어 제2 출력 빔(1142)을 형성한다. 편광기(1141)는 나중에 검출기(1140)에 의해 검출되는 출력 빔(1142)을 분석한다. 검출기(1140)에서 검출된 간섭 위상은 인코더 스케일(105)의 X-이동에 대해 민감하고, 빔(1101)이 인코더 스케일(105)에 도달하는 위치에서의 Z-이동에 대해 민감하다.
빔(1101)의 0차 회절 차수와 빔(1102)의 0차 회절 차수를 사용하여 제3 측정 채널이 제공된다. 인코더 시스템(1100)은 비편광 빔 스플리터(1134)에 인접해서 위치한 편광 빔 스플리터(1144)를 향해 0차 회절 차수의 빔(1101)의 일부를 반사하는 광학 요소(예를 들어, 프리즘)를 포함하고, 0차 회절 차수의 빔(1102)의 일부와 결합된다. 결합된 빔은 검출기(1160)에 의해 검출된다.
2개의 지점 사이의 기하학적 평균에 관한 측정 대상 기울기를 효과적으로 모니터링하는 제3 측정 채널은 이들이 결합되기 때문에 별개의 이동에 대해 해결할 필요가 있다. 이러한 기하학에서의 위상 측정을 지배하는 식은 다음과 같다.
여기서, θ는 λ=Λsin(θ)에 의해 주어진 1차 회절 각이며, φ±는 +/- 회절 빔으로부터의 2개의 위상이고, φZ는 2개의 0차 빔의 간섭으로부터의 위상이다. 이것은 3개의 식의 간단한 선형 시스템이다. 이 3개의 이동에 대해 풀면, 다음과 같이 된다.
이 기하학을 YZ 평면에 대해 중복시키면, X 및 Y축에 따라 모니터링하는 이동을 제공한다.
다른 실시예를 도 12에 나타낸다. 도 12에는 인코더 스케일(105)과 상호작용할 때에 자동으로 상이한 회절 차수의 결합을 가능하게 하는 공간 및 각도에서 2개의 주파수 성분이 분리된다. 여기서, 인코더(1200)는 입력 빔(122)을 s-편광 빔(1222) 및 p-편광 빔(1224)으로 분할하는 PBS(1210)를 포함한다. PBS(1210)는 빔(1222)을 인코더 스케일(105)로 향하게 하고, 빔(1224)을 투과시켜 미러(1220)로부터 인코더 스케일(105) 쪽으로 반사되도록 한다. 미러(1220)는 빔(1224)이 빔(1222)과 동일한 위치에서 인코더 스케일(105)과 접촉하도록 배향된다. 빔(1222)은 인코더 스케일(105)에 법선 방향으로(적어도 공칭적으로) 입사하고, 빔(1224)은 비법선(non-normal) 방향을 따라 인코더 스케일(105)에 입사한다. 이들 빔은 인코더 스케일(105)에 의해 다수의 회절 차수로 회절되고, 시스템은 빔(1222, 1224)의 각각으로부터의 2개의 회절 차수가 중첩하도록 배치되어, 2개의 출력 빔(1231, 1233)을 제공한다. 반면에, 일반적으로, 출력 빔에 대하여 여러 상이한 회절 차수가 선택될 수 있으며, 일실시예에서, 출력 빔(1231)은 -1차 회절 차수의 빔(1222) 및 +3차 회절 차수의 빔(1224)으로 형성될 수 있다. 출력 빔(1233)은 +1차 회절 차수의 빔(1222)과 +1차 회절 차수의 빔(1224)으로 형성될 수 있다. 검출기(1230, 1232)는 출력 빔을 검출하도록 위치한다.
도 13은 추가의 실시예로서의 인코더 시스템(1300)을 나타낸다. 이 시스템(1300)은 인코더 시스템(1200)과 유사하지만, PBS 대신에 2개의 고정 격자(1305, 1310)를 사용해서 빔 기하학을 달성한다. 인코더 시스템(1300)은 또한, 격자(1305, 1310) 사이에 위치한 2개의 편광자(1312, 1314)를 포함한다. 여기서, 격자(1305)는 입력 빔(122)을, 빔(1322, 1324)(예를 들어, +1 및 -1 회절 차수)을 포함하는 여러 회절 차수로 회절시킨다. 편광자(1312)는 빔(1322)의 경로에 위치하며, 빔(1322)의 s-편광 성분을 투과한다. 편광자(1314)는 빔(1324)의 경로에 위치하며, 이 빔의 p-편광 성분을 투과한다. 현재 편광된 빔(1322, 1324)은 격자(1310)에 의해 회절되며, 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 빔(1222, 1224)에 대응하는 경로를 따라 인코더 스케일(105) 쪽으로 전파한다.
인코더 시스템(1200, 1300)은 유사한 측정을 달성하기 위한 상이한 광학적 배치구성을 나타낸다. 회절 및/또는 비회절 광학기기의 결합을 포함하는 다른 구성도 가능하다.
일반적으로, 인코더 시스템에서 사용되는 하나 이상의 빔의 경로는 최종 사용 용도의 공간적 요건에 적합하도록 될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 빔 경로는 인코더 시스템에 부합하도록 특정의 공간에 겹쳐 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 14의 (a)-(c)를 참조하면, 인코더 시스템(1400)은 PBS(1410)와 한 쌍의 미러(1422, 1424)를 포함한다. 이들 미러는 인코더 스케일(105)가 위치하는 평면에 평행한 평면(도 16a에 나타낸 것과 같은 X-Y 평면)에 위치한다. 도 14의 (a)는 인코더 시스템(1400)의 동작을 나타내며, 도 14의 (b) 및 도 14의 (c)는 X-Y 평면 및 Y-Z 평면을 각각 나타낸다. PBS(1410)는 광원로부터의 광을, 직교 편광 상태를 갖는 빔(1421)과 빔(1423)으로 분할하고, 이들 빔은 공통 지점에서 인코더 스케일(105)과 접촉하도록 방향이 재설정되도록 미러(1422, 1424) 중의 하나로부터 반사된다. 폴드 미러(fold mirror)(1412)는 빔(1421, 1423)을 X-Y 평면으로부터 인코더 스케일(105) 쪽으로 방향을 재설정하고, 입사 광을, 출력 빔(1401)을 형성하는 한 쌍의 평행한 공통 공간의 빔을 포함하는 하나 이상의 회절 차수로 회절시키고, 인코더 스케일(105)은 Z축과 평행한 상태를 유지한다. 검출기(1420)는 출력 빔(1401)을 수신하도록 위치하며, 상기 설명한 것과 동일한 방식으로 헤테로다인 간섭 신호를 제공한다.
도 14의 (a)에 나타낸 바와 같이, PBS(1410)로부터의 빔(1421, 1423)은 Z축에 대하여 측정된 입사각 θ로 인코더 스케일(105)에 입사한다. 미러(1412)는 출력 빔(1401)의 경로에 위치한 개구(1415)를 포함하는 것에 의해, 출력 빔이 검출기(1420)를 통과할 수 있도록 한다.
물론, 회절 빔을 검출기로 향하도록 하는 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 일실시예에서, 빔 스플리터는 미러 대신에 사용할 수 있으며, 이에 의해 회절된 광의 일부를 검출기로 통과하도록 할 수 있다. 이와 달리, 또는 이에 추가로, 출력 빔(1401)을 검출기로 향하도록 배향되는 추가의 미러를 폴드 미러(1412)와 PBS(1410) 사이에 배치할 수 있다.
인코더 시스템(1400)은 많은 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 인코더 시스템은 1차에 대해, 기울기나 요오 감도가 없지만, X 이동(도시 안 됨)에 대해서만 감도를 갖는다. 또한, 이러한 인코더 시스템은 광원로부터의 광의 비교적 유효한 사용, 예를 들어 광을 측정 대상으로 여러 경로로 통과시키는 인코더 시스템에 대한 사용을 제공할 수 있다. 이들 경로의 각각에서는, 입사광의 일부만이 사용가능한 차수로 회절된다.
일실시예에서, 인코더 시스템의 광학 경로를 겹치게 함으로써, 설계자는 적어도 하나의 차원에서 비교적 좁게 될 수 있는 공간에 인코더 헤드 광학기기를 설치할 수 있게 된다. 예를 들어, 도 16a-16c에 나타낸 인코더는 Z 방향에서 작은 풋프린트(small footprint)를 가짐으로써, 이러한 인코더가 Z 방향에서 비교적 작은 공간에 설치될 수 있게 된다.
측정 대상의 추가의 자유도에 대한 민감도가 요구되는 실시예에서, 추가의 엔코드 헤드 또는 다른 장치가 제공될 수 있다. 예를 들어, Y 이동 감도의 경우, 도 14의 (a)-(c)에 나타낸 것과 유사한 다른 인코더 헤드가 90°(Z축을 중심으로)로 배향되어 포함될 수 있다. 물론, 이러한 구성은 X 방향뿐만 아니라 Y 방향으로 광을 회절시키도록 측정 대상을 포함할 것이다. 예를 들어, 측정 대상은 직각으로 배향된 2개의 격자를 포함할 수 있으며, 또는 X 및 Y 방향으로 주기성을 가질 수 있다. Z 이동의 경우, 변위 측정 간섭계(예를 들어, 높은 안정성을 갖는 평면 미러 간섭계가 인코더 스케일에 법선 방향으로 도달함)가 사용될 수 있다.
일실시예에서, X 및 Y 이동 인코더와 Z 이동 간섭계는 측정 대상의 여러 지점을 샘플링할 수 있지만, 기울기 감도를 일반적으로 도입하지 않는 상이한 지점을 샘플링하는 Z 감도는 없다.
일실시예에서, 겹쳐지는 광학기기(예를 들어, 폴드 미러)는 인코더 헤드를 형성하는 광학 어셈믈리의 다른 성분과 통합될 수 있다. 예를 들어, 도 15의 (a)-(c)를 참조하면, 인코더 시스템(1500)은 PBS 인터페이스(1510), 미러(1512, 1514), 및 폴드 미러(1520)가 모두 단일의 복합 광학 성분의 상이한 인터페이스에 의해 제공되는 복합의 모니리식 어셈블리(1501)를 포함한다. 예를 들어, 어셈블리(1501)는 접착 계면에 PBS 코팅으로 접착되는, 유리 등으로 된 2개의 부분으로 형성될 수 있다. 미러 계면(1512, 1514)은 반사 코팅(예를 들어, 은 또는 다층 절연 코팅)을 포함하거나, 요소 내의 내부 전반사에 의해 반사가 일어나도록 배치될 수 있다. 어셈블리는 Z 방향에서 비교적 작은 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 어셈블리는 Z 방향에서 1 인치 이하의 두께(예를 들어, 대략 1 cm 이하, 대략 0.5 cm 이하)를 가질 수 있다. 최종 사용에 따라, 어셈블리는 1 입방 인치 이하의 체적을 가질 수 있다.
일반적으로, 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하는 것을 포함하는, 상기 설명한 분석 방법 중의 임의의 것은, 컴퓨터 하드웨어나 소프트웨어 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 일실시예에서, 전자 프로세서(150)는 컴퓨터 내에 설치되고 하나 이상의 인코더 시스템에 접속되어, 인코더 시스템으로부터의 신호의 분석을 수행하도록 구성될 수 있다. 분석은 본 명세서에 개시하는 방법을 따르는 표준 프로그래밍 기술을 사용하여 컴퓨터 프로그램 내에 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 본 명세서에 개시된 기능을 수행하고 출력 정보(예를 들어, 자유도 정보)를 생성하기 위해 입력 데이터(예를 들어, 간섭 위상 정보)에 적용된다. 출력 정보는 디스플레이 모니터 등의 하나 이상의 출력 장치에 적용된다. 각 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하도록 고레벨 과정 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 그러나, 이러한 프로그램은 필요에 따라, 어셈블리어 또는 기계어로 구현될 수 있다. 어느 경우든, 언어는 컴파일링 또는 인터프리트 언어가 될 수 있다. 또한, 프로그램은 해당 목적을 위해 미리 프로그램된 전용이 집적 회로에서 구동할 수 있다.
이러한 컴퓨터 프로그램은 기억 매체 또는 장치가 본 명세서에 개시된 과정을 수행하기 위해 컴퓨터에 의해 판독될 때에 컴퓨터를 설정하고 작동하기 위한, 범용 또는 전용의 프로그램가능한 컴퓨터에 의해 판독될 수 있는 기억 매체 또는 장치(예를 들어, ROM 또는 자기 디스크)에 기억되는 것이 바람직하다. 컴퓨터 프로그램은 프로그램을 실행하는 동안 캐시 또는 메인 메모리에 위치할 수 있다. 분석 방법은 컴퓨터 프로그램으로 설정된, 컴퓨터로 판독가능한 기억 매체로서 구현될 수도 있으며, 이 기억 매체는 컴퓨터로 하여금 본 명세서에 개시된 기능을 수행하도록 특정의 그리고 미리 정해진 방식으로 동작할 수 있도록 구성된다.
리소그래피
툴 응용
리소그래피 툴은 컴퓨터 칩 등의 대규모 집적 회로를 제조하는 데에 사용되는 리소그래피 응용에서 특히 유용하다. 리소그래피는 반도체 제조 분야에서 중요한 기술이다. 오버레이 개선은 100 nm 이하의 선폭까지 축소하는(설계 규칙) 5개의 가장 어려운 과제 중의 하나로서, 예를 들어, 1997년판 Semiconductor Industry Roadmap의 82페이지를 참조하라.
오버레이는 웨이퍼 및 레티클(또는 마스크) 스테이지를 위치 결정하는 데에 사용되는 계측 시스템의 성능, 즉 정확성과 정밀도에 직접 의존한다. 리소그래피 툴은 연간 $50-100M개의 제품을 생산할 수 있기 때문에, 개선된 계측 시스템으로부터의 경제적 가치는 크다. 리소그래피 툴의 수율이 1% 증가할 때마다 대략 연간 $1M개의 경제적 이득이 집적 회로 제조업자가 갖게 되며, 리소그래피 툴 판매자에게도 실질적으로 그에 필적하는 장점을 갖게 된다.
리소그래피 툴의 기능은 공간적으로 패턴화된 방사선이 포토레지스터로 코팅된 웨이퍼 상에 입사하도록 하는 것이다. 이 공정에는 웨이퍼의 어떤 위치에서 방사선을 수광할지를 판정(정렬)하고 해당 위치에서 포토레지스트에 방사선을 쏘는 과정을 포함한다.
노광 동안, 방사선 광원은 패턴화된 레티클을 조사하고, 방사선을 산란시켜 공간적으로 패턴화된 방사선을 만든다. 레티클은 마스크라고도 불리는데, 이들 용어는 서로 교환해서 사용할 수 있다. 축소 리소그래피(reduction lithography)의 경우, 축소 렌즈(reduction lens)는 산란된 방사선을 집광해서, 레티클 패턴의 축소된 이미지를 형성한다. 이와 달리, 근접 프린팅(proximity printing)의 경우, 산란된 방사선은 웨이퍼에 도달하기 전에 소량의 거리(통상적으로 미크론 단위)를 전파하여, 레티클 패턴의 1:1 이미지를 생성한다. 방사선에 의해, 방사선 패턴을 레지스터 내의 잠상 이미지로 변환하는 레지스트 내에서 광화학 처리가 개시된다.
웨이퍼를 적절하게 위치 결정하기 위해, 웨이퍼는 전용 센서에 의해 측정될 수 있는 웨이퍼상의 정렬 마스크(alignment mask)를 포함한다. 정렬 마스크의 측정된 위치는 리소그래피 툴 내의 웨이퍼의 위치를 규정한다. 이 정보는, 웨이퍼 표면의 원하는 패터닝의 사양과 함께, 공간적으로 패턴화된 방사선에 대한 웨이퍼의 정렬을 안내한다. 이러한 정보에 기초하여, 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼를 지지하는 이동가능한 스테이지가 웨이퍼를 이동시키는데, 방사선이 웨이퍼의 정확한 위치를 노광할 수 있도록 이동시킨다. 리소그래피 스캐너 등의 소정의 리소그래피 툴에서, 마스크는 노광 중에 웨이퍼와 협력하여 이동되는 이동가능한 스테이지 상에 위치한다.
앞서 설명한 것과 같은 인코더 시스템은 웨이퍼와 레티클의 위치를 제어하고 웨이퍼 상의 레티클 결상을 등록하는 위치결정 메커니즘의 중요한 구성요소이다. 이러한 인코더 시스템이 상기 설명한 특징을 구비한다면, 시스템에 의해 측정되는 거리의 정확도가 증가할 수 있으며, 및/또는 오프라인 유지가 없어도 장시간 동안 유지가 가능하다. 이에 의해, 증가된 수율 및 툴의 비작동 시간의 축소에 기인한 스루풋이 높아진다.
일반적으로, 노광 시스템이라고도 하는 리소그래피 툴은 통상 조명 시스템과 웨이퍼 위치결정 시스템을 포함한다. 조명 시스템은 자외광, 가시광, x-레이, 전자 또는 이온 방사, 및 패턴을 방사선에 부여하기 위한 레티클 또는 마스크 등의 방사선을 제공하기 위한 방사선 광원을 포함하기 때문에, 공간적으로 패턴화된 방사선이 만들어진다. 또한, 축소 리소그래피의 경우, 조명 시스템은 공간적으로 패턴화된 방사선을 웨이퍼 상에 결상하기 위한 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 결상된 방사선은 웨이퍼 상에 코팅된 레지스터를 노광한다. 조명 시스템은 또한 마스크를 지지하기 위한 마스크 스테이지와 마스크를 통해 지향되는 방사선에 대한 마스크 스테이지의 위치를 조정하기 위한 위치결정 시스템을 포함한다. 웨이퍼 위치결정 시스템은 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지와 결상된 방사선에 대한 웨이퍼 스테이지의 위치를 조정하기 위한 위치결정 시스템을 포함한다. 집적 회로의 제조는 다수의 노광 단계를 포함할 수 있다. 리소그래피에 대한 일반적인 참조는, J.R. Sheat 및 B.W. Smith의 Microlithography: Science and Technology(Marcel Dekker, Inc., New York, 1998)을 참조하면 되고, 이 문헌의 내용을 본 명세서에 참조에 의해 원용한다.
상기 설명한 인코더 시스템은 렌즈 어셈블리, 방사선 광원 또는 지지 구조체 등의 노광 시스템의 다른 구성요소에 대한, 웨이퍼 스테이지 및 마스크 스테이지의 각각의 위치를 정밀하게 측정하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 인코더 시스템의 광학 어셈블리는 스케일 및 고정 구조체에 부착될 수 있으며, 인코더 스케일은 마스크 스테이지 및 웨이퍼 스테이지 중의 하나 등과 같은 이동가능한 요소에 부착되다. 이와 달리, 상황이 달라진 경우, 광학 어셈블리는 이동가능한 대상에 부착되고, 인코더 스케일은 고정 대상에 부착된다.
더 일반적으로 말하면, 이러한 인코더 시스템은 광학 어셈블리가 구성요소 중의 하나에 부착 또는 이에 의해 지지되고 인코더 스케일이 부착된, 또는 해당 구성요소의 다른 것에 의해 지지되는, 노광 시스템의 임의의 다른 구성요소에 대한 노광 시스템의 임의의 하나의 구성요소의 위치를 측정하는 데에 사용될 수 있다.
간섭계 시스템(1826)을 사용하는 리소그래피 툴(1800)의 예를 도 16에 나타낸다. 인코더 시스템은 노광 시스템 내의 웨이퍼(도시 안 됨)의 일부를 정밀하게 측정하는 데에 사용된다. 여기서, 노광 스테이션에 대해 웨이퍼를 위치 결정하고 지지하기 위해 스테이지(1822)가 사용된다. 스캐너(1800)는 다른 지지 구조체를 지지하고 이들 구조체에 지지된 다양한 구성요소를 지지하는 프레임(1802)을 포함한다. 노광 베이스(exposure base)(1804)는 레티클 또는 마스크를 지지하기 위해 사용되는, 레티클 또는 마스크 스테이지(1816)를 그 상단에 실장하는 렌즈 하우징(1806)의 상단에 실장된다. 노광 스테이션에 대한 마스크의 위치결정을 위한 위치결정 시스템은 요소(1817)로 개략적으로 나타낸다. 위치결정 시스템(1817)은, 예를 들어, 압전 트랜스듀서 요소 및 대응하는 제어 전자장치를 포함할 수 있다. 여기 개시한 실시예에서는 포함하고 있지 않지만, 상기 설명한 하나 이상의 인코더 시스템이 리소그래피 구조체를 제조하기 위한 공정에서 위치를 정확하게 모니터링해야 하는 다른 이동가능한 요소뿐만 아니라 마스크 스테이지의 위치를 정밀하게 측정하는 데에 사용될 수 있다(앞에 언급한 Sheats 및 Smith의 Microlithography: Science and Technology 참조).
노광 베이스(1804)의 아래에 현가된 것은 웨이퍼 스테이지(1822)를 지지하는 지지 베이스(1813)이다. 스테이지(1822)는 광학 어셈블리(1826)에 의해 스테이지로 지향되는 측정 빔(1854)을 회절시키기 위한 측정 대상(1828)을 포함한다. 광학 어셈블리(1826)에 대한 스테이지(1822)의 위치결정을 위한 위치결정 시스템은 요소(1819)로 개략적으로 나타낸다. 위치결정 시스템(1819)은, 예를 들어 압전 트랜스듀서 요소 및 대응하는 제어 전자장치를 포함할 수 있다. 측정 대상은 측정 빔이 광학 어셈블리로 다시 반사되도록 회절시키고, 이 광학 어셈블리는 노광 베이스(1104) 상에 실장된다. 인코더 시스템은 앞서 설명한 실시예들 중의 임의의 것이 될 수 있다.
동작 중에, UV(자외선) 레이저(도시 안 됨)로부터의 UV 빔 등의 방사 빔(1810)은 빔 정형 광학 어셈블리(1812)를 통과하고, 미러(1814)로부터 반사된 후에 아래쪽으로 이동한다. 이후, 방사 빔은 마스크 스테이지(1816)에 의해 지지되는 마스크(도시 안 됨)를 통과한다. 마스크(도시 안 됨)는 렌즈 하우징(1806) 내에 지지된 렌즈 어셈블리(1808)를 통해 웨이퍼 스테이지(1822) 상의 웨이퍼(도시 안 됨)에 결상된다. 베이스(1804) 및 이에 의해 지지되는 다양한 구성요소는 스프링(1820)으로 도시된 댐핑 시스템(damping system)에 의해 환경적 진동으로부터 분리된다.
일실시예에서, 상기 설명한 인코더 시스템 중의 하나 이상은, 예를 들어 웨이퍼 및 레티클(또는 마스크) 스테이지와 관련된 다수 축 및 각도를 따라 변위를 측정하는 데에 사용될 수 있다. 또한, UV 레이저 빔 대신에, x-레이 빔, 전자 빔, 이온 빔, 및 가시 광학 빔을 포함하는 다른 빔이, 웨이퍼를 노광하는 데에 사용될 수 있다.
일실시예에서, 광학 어셈블리(1826)는 스캐너 시스템의 레티클(또는 마스크) 스테이지(1816) 또는 다른 이동가능한 구성요소의 위치 변화를 측정하도록 위치할 수 있다. 마지막으로, 인코더 시스템은 스캐너에 추가로 또는 그 대신에, 스테퍼를 구비하는 리소그래피와 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
본 기술분야에 잘 알려져 있는 바와 같이, 리소그래피는 반도체 소자를 제조하기 위한 제조 방법의 중요한 부분이다. 예를 들어, 미국특허 5,483,343은 이러한 제조 방법의 단계를 개략적으로 설명하고 있다. 이들 단계에 대하여, 도 17a 및 17b를 참조하여 설명한다. 도 17a는 반도체 칩(예를 들어, IC, LSI), 액정 패널, 또는 CCD 등의 반도체 소자를 제조하는 순서를 나타내는 플로차트이다. 단계 1951은 반도체 소자의 회로를 설계하기 위한 설계 공정이다. 단계 1952는 회로 패턴 설계에 기초하여 마스크를 제조하기 위한 공정이다. 단계 1953은 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조하는 공정이다.
단계 1954는 전처리라고 하는 웨이퍼 공정으로서, 준비된 마스크 및 웨이퍼를 사용하는 것으로서, 리소그래피를 통해 웨이퍼 상에 회로가 형성된다. 마스크 상에 충분한 공간적 분해능을 갖는 이들 패턴에 대응하는 웨이퍼 상의 회로를 형성하기 위해, 웨이퍼에 대한 리소그래피 툴의 간섭계 위치결정이 필요하다. 본 명세서에 개시된 간섭계 방법 및 시스템은 웨이퍼 공정에 사용되는 리소그래피의 효율을 향상시키는 데에 특히 유용하다.
단계 1955는 조립 단계로서, 후처리라고도 불리며, 단계 1954에서 처리된 웨이퍼를 반도체 칩으로 형성한다. 이 단계는 조립 과정(다이싱 및 접착) 및 패키징(칩 시일링) 과정을 포함한다. 단계 1956은 단계 1955에 의해 생성된 반도체 소자의 동작성 체크, 내구성 체크 등이 수행되는 검사 단계이다. 이들 공정에 의해, 반도체 소자가 완료되어 선적된다(단계 1957).
도 17b는 웨이퍼 공정의 상세를 나타내는 플로차트이다. 단계 1961은 웨이퍼의 표면을 산화 처리하는 산화 공정이다. 단계 1962는 웨이퍼 표면 위에 절연막을 형성하는 CVD 공정이다. 단계 1963은 증착에 의해 웨이퍼 상에 전극을 형성하는 전극 형성 공정이다. 단계 1964는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온 주입 공정이다. 단계 1965는 웨이퍼에 레지스트(감광성 재료)를 도포하는 레지스트 공정이다. 단계 1966은 노광에 의해(즉, 리소그래피), 상기 설명한 노광 장치를 통해 웨이퍼 상의 마스크의 회로 패턴을 인쇄하는 노광 공정이다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 간섭계 시스템 및 방법을 사용하는 것에 의해, 이러한 리소그래피 단계의 정확도 및 분해능이 향상된다.
단계 1967은 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상 공정이다. 단계 1968은 현상된 레지스트 결상 외의 부분을 제거하는 에칭 공정이다. 단계 1969는 에칭 공정을 행한 웨이퍼에 남아 있는 레지스트 재료를 분리시키는 레지스트 분리 공정이다. 이들 공정을 반복하는 것에 의해, 회로 패턴이 형성되고 웨이퍼 상에 중첩된다.
상기 설명한 인코더 시스템은 대상의 상대적 위치를 정밀하게 측정할 필요가 있는 다른 애플리케이션에도 사용이 가능하다. 예를 들어, 레이저, x-레이, 이온, 또는 전자 빔 등의 작성용 빔(write beam)이 기판 또는 빔이 이동함에 따라 기판 상에 패턴을 마크하는 애플리케이션에서, 인코더 시스템은 기판과 작성용 빔 사이에서의 상대적 이동을 측정하는 데에 사용될 수 있다.
다른 실시예에 대해서는 이하의 청구범위에 있다.
본 출원은 2010년 3월 30일에 제출된 가출원 61/319,252호, 2010년 4월 26일에 제출된 가출원 61/327,983호, 2010년 12월 13일에 제출된 가출원 61/422,482호에 대하여 우선권을 주장하며, 이들 가출원의 각각의 내용을 본원에 참조에 의해 원용한다.
Claims (76)
- 인코더 스케일(encoder scale)의 하나 이상의 자유도(degree of freedom)에 따른 변화에 관한 정보를 판정하는 방법에 있어서,
빔 스플리터(beam splitter)를 사용하여 입력 빔으로부터 제1 빔 및 제2 빔을 유도하는 단계;
빔 스플리터를 사용하여, 상기 제1 빔과 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키고, 상기 제1 빔과 제2 빔을 결합하여 제1 출력 빔을 형성하는 빔 지향 및 결합 단계로서, 상기 제1 빔과 제2 빔이 상이한 주파수를 가지며, 상기 제1 빔이 비-리트로 각(non-Littrow angle)으로 상기 인코더 스케일과 접촉하고, 상기 제1 빔이 상기 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하는, 빔 지향 및 결합 단계;
상기 제1 출력 빔에 기초하여 간섭 신호(interference signal)를 검출하는 검출 단계로서, 상기 간섭 신호가 상기 제1 빔과 제2 빔 간의 광 경로 차(optical path difference)에 관련된 헤테로다인 위상(heterodyne phase)을 구비하는, 검출 단계; 및
상기 헤테로다인 위상에 기초하여 상기 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 관한 정보를 판정하는 단계를 포함하고,
상기 인코더 스케일은 평면으로 연장되며, 상기 하나 이상의 자유도는 상기 인코더 스케일의 평면에 직교하는 자유도를 포함하는,
인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔은 상기 인코더 스케일에 법선 방향으로(normally) 입사하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔은 상기 인코더 스케일에 비법선 방향으로(non-normally) 입사하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔은, 회절된 측정 빔(diffracted measurement beam)이 상기 인코더 스케일에 대해 법선 방향이 되는 각도로 상기 인코더 스케일에 입사하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 인코더 스케일의 평면에 직교하는 자유도는 상기 인코더 스케일의 평면에 위치하는 축에 따른 상기 인코더 스케일의 위치인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔 및 제2 빔은 선형으로 편향된 빔(linearly polarized beam)인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제6항에 있어서,
상기 인코더 스케일로부터 회절하기 전과 후의 상기 제1 빔의 경로는 평면을 규정하고, 상기 제1 빔은 상기 평면에 대해 직교하는 방향으로 편광되는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제6항에 있어서,
상기 인코더 스케일은 제1 방향에 따라 연장하는 격자 라인(grating line)을 포함하며, 측정 빔으로서의 상기 제1 빔은 상기 격자 라인에 평행한 방향으로 선형으로 편광되는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1 빔 및 제2 빔을 지향시키는 단계는, 상기 제1 빔의 편광 상태를 상기 인코더 스케일로부터 회절하기 전에 90도(°)만큼 회전시키는 단계를 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔 및 제2 빔은 직교 방향으로 편광된 빔인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제10항에 있어서,
상기 간섭 신호를 검출하는 단계는, 상기 직교 방향으로 편광된 제1 및 제2 빔의 각각의 성분(component)을 투과하는 편광 요소(polarizing element)를 통과하도록 상기 제1 출력 빔을 지향시키는 단계를 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 빔 스플리터는 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 빔은 상기 인코더 스케일과 접촉하지 않도록 된, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 빔은 상기 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제17항에 있어서,
회절된 상기 제2 빔은 0차 회절 빔(zero-order diffracted beam)인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제17항에 있어서,
회절된 상기 제2 빔은 상기 인코더 스케일에서 상기 제1 빔과 동일 직선을 이루는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔은 상기 인코더 스케일로부터 한 번만 회절하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔은 상기 인코더 스케일로부터 한번 이상 회절하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제21항에 있어서,
상기 인코더 스케일로부터 회절하기 전의 상기 제1 빔의 경로는, 상기 인코더 스케일로부터 두 번째로 회절한 이후에 상기 제1 빔의 경로와 평행하게 되는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제21항에 있어서,
상기 제1 빔은, 상기 인코더 스케일로부터 첫 번째로 회절한 후에, 역반사기(retroreflector)에 의해, 상기 제2 빔과 결합하기 전에 상기 인코더 스케일로부터 두 번째로 회절하도록 지향되는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 정보는 하나 이상의 헤테로다인 위상 측정에 기초하여 유도되는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
제3 빔과 제4 빔을 결합하여 제2 출력 빔을 형성하는 결합 단계로서, 상기 제3 빔 및 제4 빔은 공통의 광원로부터 유도되며, 상기 제3 빔은 상기 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하는, 결합 단계; 및
상기 제2 출력 빔에 기초하여 제2 간섭 신호를 검출하는 검출 단계로서, 상기 제2 간섭 신호는 상기 제3 빔과 제4 빔 간의 광학 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하는, 검출 단계를 더 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제25항에 있어서,
상기 제1 빔 및 제3 빔은 상기 인코더 스케일과 동일한 위치에서 접촉하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제25항에 있어서,
상기 제1 빔 및 제2 빔은 상기 인코더 스케일과 상이한 위치에서 접촉하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제25항에 있어서,
상기 정보는 상기 제1 출력 빔 및 제2 출력 빔의 헤테로다인 위상에 기초하여 판정되는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 삭제
- 제25항에 있어서,
1번 회절된 측정 빔 및 제3 빔은 각각 측정 빔으로서의 상기 제1 빔의 +1 회절 차수 및 -1 회절 차수인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 인코더 스케일의 평면에 직교하는 자유도는 상기 인코더 스케일의 평면에서의 제1 축에 따른 상기 인코더 스케일의 변위(displacement)에 대응하는 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제31항에 있어서,
상기 인코더 스케일의 제2 자유도에 관한 정보를 판정하는 단계를 더 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제32항에 있어서,
상기 제2 자유도는 상기 제1 축에 직교하는 제2 축에 따른 상기 인코더 스케일의 변위인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제33항에 있어서,
상기 제2 축은 상기 인코더 스케일의 평면 내에 있는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제33항에 있어서,
상기 제2 축은 상기 인코더 스케일의 평면에 대해 직교하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 자유도는 축을 중심으로 한 상기 인코더 스케일의 기울기(tilt)인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
공통의 광원에 의해 생성되며 상기 제1 빔을 유도하는 입력 빔의 기준 위상(reference phase)을 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제37항에 있어서,
상기 정보를 판정하는 단계는, 상기 헤테로다인 위상을 상기 기준 위상과 비교하는 단계를 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔은 400 나노미터(nm)부터 1,500 nm까지의 범위 내의 파장을 갖는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제39항에 있어서,
상기 제1 빔은 633 나노미터(nm) 또는 980 nm의 파장을 갖는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 인코더 스케일은 격자(grating)를 갖는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제41항에 있어서,
상기 격자는 1λ부터 20λ까지의 범위 내의 피치를 가지며, λ는 상기 제1 빔의 파장인 것인, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제41항에 있어서,
상기 격자는 1 ㎛부터 10 ㎛까지의 범위 내의 피치를 갖는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 빔 및 제2 빔은 광학 어셈블리를 사용하여 이들 각각의 경로를 따르도록 지향되고,
상기 방법은, 상기 정보를 판정하면서, 상기 광학 어셈블리에 대하여 상기 인코더 스케일을 이동시키는(translate) 단계를 더 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제44항에 있어서,
상기 광학 어셈블리 또는 인코더 스케일은 웨이퍼 스테이지(wafer stage)에 부착되며,
상기 방법은, 상기 정보에 기초하여 리소그래피 시스템으로부터의 방사선에 대한 웨이퍼의 위치를 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 제44항에 있어서,
상기 광학 어셈블리 또는 인코더 스케일은 레티클 스테이지(reticle stage)에 부착되며,
상기 방법은, 상기 정보에 기초하여 리소그래피 시스템으로부터의 방사선에 대한 레티클의 위치를 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 따른 변화에 관한 정보의 판정 방법. - 인코더 시스템에 있어서,
입력 빔으로부터 서로 상이한 주파수를 갖는 제1 빔 및 제2 빔을 유도하고, 상기 제1 빔 및 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키며, 상기 제1 빔과 제2 빔을 결합하여 제1 출력 빔을 형성하도록 구성된 빔 스플리터를 포함하는 광학 어셈블리;
평면으로 연장되는 회절성 인코더 스케일(diffractive encoder scale)로서, 상기 제1 빔이 비-리트로 각(non-Littrow angle)으로 상기 회절성 인코더 스케일과 접촉하도록 하고, 상기 제1 빔이 상기 회절성 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하도록, 상기 제1 빔의 경로에 위치하는, 회절성 인코더 스케일;
상기 제1 출력 빔을 검출하도록 위치하는 검출기; 및
상기 검출기로부터, 상기 제1 빔과 제2 빔 간의 광 경로 차(optical path difference)에 관련된 헤테로다인 위상(heterodyne phase)을 구비하는 간섭 신호를 수신하고, 상기 헤테로다인 위상에 기초하여 상기 인코더 스케일의 하나 이상의 자유도에 관한 정보를 판정하도록 구성된 전자 프로세서
를 포함하고,
상기 하나 이상의 자유도는 상기 인코더 스케일의 평면에 직교하는 자유도를 포함하는,
인코더 시스템. - 삭제
- 제47항에 있어서,
상기 빔 스플리터는 비-편광(non-polarizing) 빔 스플리터인 것인, 인코더 시스템. - 제47항에 있어서,
상기 빔 스플리터는 편광(polarizing) 빔 스플리터인 것인, 인코더 시스템. - 삭제
- 제47항에 있어서,
상기 광학 어셈블리는, 입력 빔을, 상기 제1 빔 및 제2 빔을 유도하기 전에 2개의 평행한 서브 입력 빔(sub-input beam)으로 분할하도록 구성된 하나 이상의 광학 요소를 포함하는, 인코더 시스템. - 제52항에 있어서,
상기 빔 스플리터는 상기 서브 입력 빔 중의 하나를 상기 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 서브 입력 빔 중의 다른 하나를 제3 빔 및 제4 빔으로 분할하도록 구성되며,
상기 광학 어셈블리는 상기 제3 빔 및 제4 빔을 상이한 경로를 따라 지향하도록 하고, 상기 제3 빔과 제4 빔을 결합하여 제2 출력 빔을 형성하는, 인코더 시스템. - 제53항에 있어서,
상기 광학 어셈블리는 상기 제3 빔을 상기 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하도록 지향시키는, 인코더 시스템. - 제54항에 있어서,
상기 광학 어셈블리는 한번 회절된 제1 빔 및 제3 빔을, 각각 상기 인코더 스케일로부터 두 번째로 회절하도록 반사하기 위한 위치에 배치된 2개의 역반사기를 포함하는, 인코더 시스템. - 제55항에 있어서,
상기 제1 빔 및 제3 빔은 상기 인코더 스케일과 상이한 위치에서 접촉하는, 인코더 시스템. - 제55항에 있어서,
상기 인코더 스케일은 상기 제1 빔 및 제3 빔을 각각 +1 회절 차수 및 -1 회절 차수로 회절시키는, 인코더 시스템. - 제53항에 있어서,
상기 광학 어셈블리에서의 입력 빔의 경로는 상기 제1 출력 빔 및 제2 출력 빔의 경로와 평행하게 된, 인코더 시스템. - 제58항에 있어서,
상기 입력 빔과 상기 제1 및 제2 출력 빔의 경로는 상기 인코더 스케일의 평면에 대해 평행하게 된, 인코더 시스템. - 제47항에 있어서,
상기 광학 어셈블리는 상기 제1 빔의 경로에 반파장판(half wave plate)을 구비하는, 인코더 시스템. - 제47항에 있어서,
상기 인코더 스케일은 격자를 포함하는, 인코더 시스템. - 제61항에 있어서,
상기 격자는 1차원 격자 또는 2차원 격자인 것인, 인코더 시스템. - 시스템에 있어서,
이동가능한 스테이지; 및
제47항의 인코더 시스템을 포함하며,
상기 인코더 스케일 또는 광학 어셈블리는 상기 스테이지에 부착되는 것을 특징으로 하는 시스템. - 인코더 시스템에 있어서,
서로 상이한 주파수를 갖는 제1 빔 및 제2 빔을 유도하여 입력 빔을 형성하는 수단;
상기 제1 빔 및 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키는 수단;
상기 제1 빔 및 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하는 수단;
회절성 인코더 스케일(diffractive encoder scale)로서, 상기 제1 빔이 비-리트로 각(non-Littrow angle)으로 상기 회절성 인코더 스케일과 접촉하도록 하고, 상기 제1 빔이 상기 회절성 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하도록, 상기 제1 빔의 경로에 위치하는 상기 회절성 인코더 스케일;
상기 출력 빔을 검출하는 수단; 및
상기 검출하는 수단으로부터, 상기 제1 빔과 제2 빔 간의 광 경로 차(optical path difference)에 관련된 헤테로다인 위상(heterodyne phase)을 구비하는 간섭 신호를 수신하고, 상기 헤테로다인 위상에 기초하여 상기 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 인코더 시스템. - 인코더 시스템에 있어서,
입력 빔으로부터, 상이한 주파수를 갖는 선형으로 편광된 빔인 제1 빔 및 제2 빔을 유도하고, 상기 제1 빔 및 제2 빔을 상이한 경로를 따라 지향시키고, 상기 제1 빔 및 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구성된 광학 어셈블리로서, 상기 제1 빔의 경로에 위치하고 상기 제1 빔의 선형 편광 상태를 90도(°)만큼 회전시키도록 구성된 광학 요소를 포함하는, 상기 광학 어셈블리;
상기 제1 빔의 경로에 위치한 회절성 인코더 스케일로서, 상기 제1 빔이 상기 회절성 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절시키도록 된, 상기 회절성 인코더 스케일;
상기 출력 빔을 검출하도록 위치한 검출기; 및
상기 검출기로부터 간섭 신호를 수신하는 전자 프로세서로서, 상기 간섭 신호가 상기 제1 빔과 제2 빔 사이의 광학 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하며, 상기 헤테로다인 위상에 기초하여 상기 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하도록 구성된, 상기 전자 프로세서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인코더 시스템. - 제65항에 있어서,
상기 광학 요소는 상기 제1 빔의 경로와 2번 교차하며, 상기 2번의 교차의 각각에서 상기 제1 빔의 선형 편광 상태를 90도(°)만큼 회전시키는, 인코더 시스템. - 제65항에 있어서,
상기 광학 요소는 반파장판(half wave plate)인 것인, 인코더 시스템. - 제65항에 있어서,
상기 제1 빔은 상기 인코더 스케일로부터 2번 회절하는, 인코더 시스템. - 제65항에 있어서,
상기 제1 빔은 상기 인코더 스케일에서 p-편광되는 것인, 인코더 시스템. - 인코더 시스템에 있어서,
제1 빔을 제1 방향에서 반사하고, 상기 제1 방향에 대해 직교하는 제2 빔을 제2 방향에서 투과시키며, 상기 제1 빔 및 제2 빔을 결합하여 출력 빔을 형성하도록 구성된 편광 빔 분할 요소로서, 상기 출력 빔이 상기 제2 방향에 대해 평행한 경로를 따라 상기 편광 빔 분할 요소로부터 빠져나가고, 상기 제1 및 제2 빔이 상이한 주파수를 가지며 공통의 광원로부터 유도되는 것인, 상기 편광 빔 분할 요소;
상기 제1 빔의 경로에 위치하는 회절성 인코더 스케일로서, 상기 제1 빔이 상기 회절성 인코더 스케일로부터 적어도 한번 회절하는, 상기 회절성 인코더 스케일;
상기 출력 빔을 검출하도록 위치한 검출기;
상기 검출기로부터 간섭 신호를 수신하는 전자 프로세서로서, 상기 간섭 신호가 상기 제1 빔과 제2 빔 사이의 광학 경로 차에 관련된 헤테로다인 위상을 구비하며, 상기 헤테로다인 위상에 기초하여 상기 인코더 스케일의 자유도에 관한 정보를 판정하도록 구성된, 상기 전자 프로세서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인코더 시스템. - 제70항에 있어서,
상기 회절성 인코더 스케일은 상기 제1 방향에 대해 직교 방향으로 배향된, 인코더 시스템. - 제70항에 있어서,
상기 제1 빔은 상기 회절성 인코더 스케일에 법선 방향으로 입사하는, 인코더 시스템. - 집적 회로를 기판상에 제조하는 데에 사용되는 리소그래피 방법에 있어서,
상기 기판을 이동가능한 스테이지(moveable stage) 상에 지지되도록 하는 단계;
공간적으로 패턴화된 방사선을 상기 기판에 결상하는 단계;
상기 스테이지의 위치를 조정하는 단계; 및
제1항의 방법을 사용하여 상기 스테이지의 위치를 모니터링하는 단계를 포함하며,
상기 인코더 스케일 또는 광학 어셈블리가 상기 스테이지에 부착되고, 상기 정보는 축을 따라 상기 스테이지의 위치에 대응하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 방법. - 집적 회로를 기판상에 제조하기 위한 리소그래피 방법에 있어서,
상기 기판을 공간적으로 패턴화된 방사선에 노출시키도록 하기 위해, 리소그래피 시스템의 제1 성분을 상기 리소그래피 시스템의 제2 성분과 관련해서 위치 결정하는 단계; 및
제1항의 방법을 사용하여 상기 제1 성분의 위치를 모니터링하는 단계를 포함하며,
상기 인코더 스케일 및 광학 어셈블리가 상기 제1 성분에 부착되고, 상기 정보는 상기 제1 성분의 위치에 대응하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 방법. - 집적 회로를 웨이퍼 상에 제조하는 데에 사용하기 위한 리소그래피 시스템에 있어서,
공간적으로 패턴화된 방사선을 상기 웨이퍼에 결상하기 위한 투사 렌즈(projection lens);
결상된 방사선에 대하여 상기 웨이퍼의 위치를 모니터링하도록 구성된 제47항의 상기 인코더 시스템; 및
상기 결상된 방사선에 대하여 스테이지의 위치를 조정하기 위한 위치결정 시스템(positioning system)을 포함하며,
상기 웨이퍼는 상기 스테이지에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템. - 집적 회로를 웨이퍼 상에 제조하는 데에 사용하기 위한 리소그래피 시스템에 있어서,
방사선 광원, 마스크, 위치결정 시스템, 투사 렌즈, 및 제47항의 인코더 시스템을 구비하는 조명 시스템을 포함하며,
동작 중에, 상기 방사선 광원에 의해 방사선이 상기 마스크를 통과하도록 해서 공간적으로 패턴화된 방사선을 생성하고, 상기 위치결정 시스템은 상기 광원로부터의 방사선에 대한 상기 마스크의 위치를 조정하고, 상기 투사 렌즈는 상기 공간적으로 패턴화된 방사선을 스테이지에 의해 지지되는 웨이퍼 상에 결상하며, 상기 시스템은 상기 광원로부터의 방사선에 대하여 상기 마스크의 위치를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
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