KR101756857B1 - 빔 집속 및 빔 집광 광학장치 - Google Patents

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Abstract

빔 반사 표면들을 갖는 볼록 미러(M3) 및 오목 미러(M4) 모두의 존재를 바람직하게는 요구하는 반사 광학장치 시스템(RFO)에 관한 것으로, 이 시스템의 사용은 관여하는 다양한 미러들(M1)(M2)(M3)(M4)로의 입사각들 및 이로부터의 반사각들의 조절에 기초하여서 입사 빔의 편광 상태에 대한 영향을 최소화하면서, (입사 빔(IB)의 궤적과는 상이한 궤적을 따를 수 있는) 샘플 상으로의 전자기 방사선의 빔의 집속을 달성한다.

Description

빔 집속 및 빔 집광 광학장치{BEAM FOCUSING AND BEAM COLLECTING OPTICS}
본원은 2014년 6월 6일자에 출원된 미국 가출원 번호 61/997,589에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 샘플들(samples) 상으로 전자기 방사선의 빔들을 집속시키는 것에 관한 것이며, 보다 구체적으로 빔 반사 표면들을 갖는 오목 미러 및 볼록 미러 모두의 사용을 요구하는 반사성 광학 시스템에 관한 것이다. 본 발명을 이용하면, 다양한 미러들로의 입사각 및 이로부터의 반사각이 조절됨으로써 입사 빔의 편광 상태에 대한 영향이 최소화되면서 전자기 방사선의 빔을 집속시킬 수 있다.
타원계측 장치에서와 같이, 샘플들 상으로 전자기 방사선의 빔들을 집속시키는 것은 알려져 있으며, 상기 집속은 굴절 또는 반사 광학장치를 사용하여 이루어질 수 있다. 다수의 특허들이 대체적으로 이에 대한 통찰을 가지지만, 특히 관련된 특허는 특허번호 5,969,818(Johs 등에 허여됨)이다. 이 특허는 "빔 폴딩 광학장치(Beam Folding Optics)"(이 문헌의 도 5에서 가장 잘 도시됨)가 구체적으로 개시되어 있는데, 4개의 유사한 미러들 중 제1 미러 및 제2 미러로부터의 반사들이 제3 미러 및 제4 미러에 대한 반사들에 의해서 형성된 입사 평면에 대해서 실질적으로 직교하는 입사 평면을 규정하도록 배향된 4개의 유사한 미러들을 포함한다. 상기 빔 방향조정 광학장치를 사용하게 되면 상기 시스템으로 입사된 빔의 궤적를 따르는 것이 아닌 목표된 방향으로 전자기 방사선의 빔이 향하게 되지만, 처음의 2개의 미러들로부터의 반사 및 다음의 2개의 미러들로부터의 반사에 의한 편광 상태 변화 소거 효과들로 인해서, 시스템은 상기 빔 폴딩 광학장치로 입사되는 빔의 편광 상태에 비해서, 상기 빔 폴딩 광학장치를 나가는 빔의 편광 상태에 본질적으로 어떠한 영향도 주지 않는다. "빔 폴딩 광학장치"를 개시하는 다른 특허들은 7,746,472; 7,746,471; 7,633,625; 7,616,319; 7,505,134; 7,336,361; 7,265,838; 7,277,171; 7,265,838; 7,215,424; 7,158,231; 6,859,278; 6,822,738; 6,804,004; 및 6,549,282이다. Li 등에 허여된 다른 매우 최근의 특허 번호 8,767,209는 전자기 방사선의 입사 빔과 반사 빔 간에서 각들을 형성하는 것으로 개시된다. 그러나, 이는 본 발명에서 행해지는 바와 같이, 2개의 세트들의 입사 빔과 반사 빔에 의해서 형성되는 평면들(planes) 간에 각들을 형성하는 것과는 크게 상이하다. 추가 특허들은 미러들을 사용하여서 빔 집속하는 것으로 또한 주로 개시된다. 상기 추가 특허들은 4,790,659; 5,048,970; 5,608,526; 5,798,837; 5,917,594; 6,600,560; 6,734,967; 6,795,185; 6,819,423; 6,829,049; 6,943,880; 7,095,498; 7,130,039; 7,184,145; 7,248,364; 7,289,219; 7,359,052; 7,369,233; 7,505,133; 7,860,040 및 8,030,632이다.
본 발명은 주로 5,969,818 특허에 의해서 제공된 통찰을 기반으로 구축되지만, 시스템에 볼록 미러 및 오목 미러 모두를 제공함으로써 시스템에 집속 능력을 추가하며, 시스템은 또한 실질적으로 직교하는 평면들의 효과를 사용하지만 4개의 관련된 주요 미러들이 유사한 구성을 가져야 한다는 것을 요구하지 않는다.
본 발명은 샘플(SAM) 위의 위치로 전자기 방사선의 집속된 빔(FB)을 제공하기 위한 시스템이며, 특히 본 발명은 제1 미러(Ml), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 순차적으로 포함하는 반사 광학 시스템(RFO)이다. 상기 4개의 미러들(Ml)(M2)(M3)(M4) 각각은 반사 표면들을 제공하며, 상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4), 제5 미러(M3') 및 제6 미러(M4')가 각기 볼록 반사 표면 및 오목 반사 표면을 제공한다.
사용 시에, 특정 편광 상태를 갖는 전자기 방사선의 입사 빔(IB)은 상기 제1 미러(M1)를 향하고 상기 제1 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사되고, 이로써 제1 입사 평면(plane of incidence)(P1)이 상기 입사 빔(IB)과 상기 제1 미러(Ml)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔 간에서 형성된다. 상기 제1 미러(M1)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔은 상기 제2 미러(M2)를 향하고 상기 제2 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사하여서 상기 볼록 제3 미러(M3)를 향하고, 상기 제3 미러로부터 상기 빔은 상기 제3 미러 상의 중앙에서 벗어난 위치(off-center location)에서 반사되어서 상기 오목 제4 미러(M4)로 향하고, 상기 제4 미러로부터 상기 빔은 상기 제4 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사되어서 집속된(FB) 출사 빔(outgoing beam)(OB)으로서 상기 샘플(SAM)을 향한다. 상기 볼록 제3 미러(M3)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔과 상기 오목 제4 미러(M4)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 빔은 제2 입사 평면(P2)을 형성하며, 상기 제1 입사 평면(P1)과 상기 제2 입사 평면(P2)은 서로 실질적으로 직교한다.
상기 4개의 미러들(Ml)(M2)(M3)(M4)의 상기 반사 표면들의 상기 4개의 반사들의 실행(effect)은 상기 입사 빔의 특정 편광 상태에 대한 모든 상기 반사들의 영향을 실질적으로 최소화시키고, 상기 출사 빔(OB)의 방향을 정하고(directing), 상기 샘플(SAM) 상으로 충돌하는 지점에서 상기 샘플(SAM) 상으로 집속된 빔(PB)으로서 상기 출사 빔을 제공한다.
상기 시스템은 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2)가 편평한 반사 표면들을 갖는 구성을 포함하거나, 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2) 중 적어도 하나는 편평하지 않은 반사 표면들을 갖는 구성을 포함하거나, 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2) 모두가 편평하지 않은 반사 표면들을 갖는 구성을 가질 수 있다.
상기 입사 빔(IB), 모든 반사된 빔들 및 상기 출사 빔(OB)은 단색(monochormatic)이거나 분광성(spectroscopic)일 수 있다.
상기 제1 입사 평면(P1) 및 상기 제2 입사 평면(P2)은 해당 반사 빔들 내의 중심 광선들(central rays)에 의해서 규정될 수 있다.
상기 입사 빔(IB), 상기 다양한 반사 빔들 및 상기 출사 빔(OB) 각각은 다수의(통상적으로, 적어도 16개의) 단면 구역들(sixteen cross-sectional areas)로 구성되며, 상기 미러들(Ml)(M2)(M3) 및 (M4)로부터의 다양한 반사들의 편광 상태에 대한 계산된 전체 영향은 그의 평균화에 의해서 도달된다.
상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)에 접근하는 전자기 빔들의 입사각들은 각기 12 도 및 24 도로 설정되고, 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2)에 접근하는 전자기 빔들의 입사각들은 각각,
a) 18 도 미만;
b) 18 도; 및
c) 18 도보다 큰 각
으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
물론, 12 도 및 24 도로 한정하는 것은 단지 적절한 실시예이며, 다른 각 조합들이 사용될 수 있으며(즉, 일반화된 θ1 및 θ2), 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2)에 접근하는 전자기 빔들의 입사각들은 각각,
a) (θ1+θ2)/2 미만의 각;
b) (θ1+θ2)/2; 및
c) (θ1+θ2)/2 보다 큰 각
으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각의 반사 특성들은 실질적으로 동일할 수 있고, 상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각은 단일 재료의 기판, 및 적어도 하나의 상이한 재료의 코팅부를 상기 기판 상에 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 타원계측기이며, 이 타원계측기는,
a) 전자기 방사선의 빔의 소스(S);
b) 편광 상태 생성기(PSG);
c) 반사 집속 광학(RFO) 시스템을 포함하며,
상기 반사 집속 광학 시스템은 샘플(SAM) 상의 위치 상으로 전자기 방사선의 집속된 빔(FB)을 제공하기 위한 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 제1 미러(Ml), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 순차적으로 포함하는 반사 광학 시스템(RFO)이며, 상기 4개의 미러들(Ml)(M2)(M3)(M4) 각각은 반사 표면들을 제공하며, 상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)는 각기 볼록 반사 표면 및 오목 반사 표면을 제공한다.
사용 시에, 특정 편광 상태를 갖는 전자기 방사선의 입사 빔(IB)은 상기 제1 미러(M1)를 향하고 상기 제1 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사되고, 이로써 제1 입사 평면(plane of incidence)(P1)이 상기 입사 빔(IB)과 상기 제1 미러(Ml)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔 간에서 형성되며,
이로써, 상기 제1 미러(M1)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔은 상기 제2 미러(M2)를 향하고 상기 제2 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사하여서 상기 볼록 제3 미러(M3)를 향하고, 상기 제3 미러로부터 상기 빔은 상기 제3 미러 상의 중앙에서 벗어난 위치에서 반사되어서 상기 오목 제4 미러(M4)로 향하고, 상기 제4 미러로부터 상기 빔은 상기 제4 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사되어서 집속된(FB) 출사 빔(OB)으로서 상기 샘플(SAM)을 향하며, 상기 볼록 제3 미러(M3)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔과 상기 오목 제4 미러(M4)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 빔은 제2 입사 평면(P2)을 형성하며, 상기 제1 입사 평면(P1)과 상기 제2 입사 평면(P2)은 서로 직교한다.
상기 4개의 미러들(Ml)(M2)(M3)(M4)의 상기 반사 표면들의 상기 4개의 반사들의 실행은 상기 입사 빔의 특정 편광 상태에 대한 모든 상기 반사들의 영향을 실질적으로 최소화시키고, 상기 출사 빔(OB)의 방향을 정하고, 상기 샘플 상으로 충돌하는 지점에서 상기 샘플(SAM) 상으로 집속된 빔(PB)으로서 상기 출사 빔을 제공한다.
상기 타원계측기는,
d) 샘플(SAM)을 지지하기 위한 스테이지(STG); 및
e) 편광 상태 검출기(PSD)를 더 포함한다.
상기 시스템은 전자기 빔이 샘플 상에서 충돌하는 샘플 상의 위치로부터 연장하는 수직 평면을 중심으로, 상기 미러들(Ml),(M2),(M3) 및 (M4)에 대해서 실질적으로 거울상(mirror-image)으로 배열된 추가 제5 미러(Ml'), 제6 미러(M2'), 제7 미러(M3') 및 제8 미러(M4')를 더 포함할 수 있으며, 상기 미러들(Ml'),(M2'),(M3') 및 (M4')은 상기 샘플(SAM)로부터 반사된 상기 빔을 시준화하여서 편광 상태 검출기(PSD) 내로 향하게 하는 역할을 한다.
상기 시스템은 컴퓨터 시스템(CMP)을 제공하는 것을 더 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 시스템(CMP)은 단계 a)에서 제공된 시스템 및 상기 샘플(SAM)의 수학적 모델로 프로그램되며; 이로써 사용 시에, 특정 편광 상태를 갖는 전자기 방사선의 입사 빔(IB)의 상기 소스(S)가 입사 빔(IB)을 적어도 하나의 입사각 및 적어도 하나의 알려진 편광 상태로 상기 제1 미러(M1)로 향하게 하고, 상기 제1 미러로부터 반사되게 하고, 상기 제2 미러(M2), 상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)와 상호작용하게 하고, 이후에 상기 샘플(SAM)로부터 반사되어서 상기 미러들(Ml')(M2'),(M3') 및 (M4')을 통해서 상기 편광 상태 검출기(PSD) 내로 향하여서 상기 검출기 내의 다중-요소 검출기(DET)에 의해서 검출되며, 이로써 상기 다중-요소 검출기(DET)가 데이터를 상기 컴퓨터 내로 출력하고 상기 컴퓨터에서 수학적 회귀(mathematical regression)가 최상의 적합한 값들(fit valuse)을 상기 수학적 모델 내의 파라미터들에 할당하도록 수행된다.
상기 시스템에서, 상기 수학적 모델은, 적어도,
상기 샘플보다 앞에 있는 상기 제1 미러(Ml), 상기 제2 미러(M2), 상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)의 표면 반사 특성으로서, 상기 미러들 상의 임의의 박막층들의 영향들을 포함하는, 상기 표면 반사 특성;
상기 샘플보다 뒤에 있는 상기 제5 미러(Ml'), 상기 제6 미러(M2'), 상기 제7 미러(M3') 및 상기 제8 미러(M4')의 표면 반사 특성으로서, 상기 미러들 상의 임의의 박막층들의 영향들을 포함하는, 상기 표면 반사 특성;
상기 전자기 빔이 충돌하는 위치에서, 상기 상기 제1 미러(Ml), 상기 제2 미러(M2), 상기 제3 미러(M3), 상기 제4 미러(M4), 상기 제5 미러(Ml'), 상기 제6 미러(M2'), 상기 제7 미러(M3') 및 상기 제8 미러(M4')의 표면들에 대한 상기 전자기 빔의 입사각들;
상기 샘플 상의 임의의 박막층들의 영향들을 포함하는 샘플 표면 반사 특성;
상기 전자기 빔의 상기 샘플의 표면으로의 입사각;
검출기 요소를 들어가는 상기 전자기 빔에서의 2개 이상의 파장들의 존재를 설명하는 분광학적 평균화(spectroscopic averaging)를 위한 수단;
중앙 빔 성분으로부터의 편차들을 설명하는 전자기 빔 번짐(electromagnetic beam smearing)을 설명하는 수단; 및
편광자, 보상기 및 분석기 영향들;
로부터 다양하게 선택되는 파라미터들을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 시스템 내에서의 다수의 빔 반사들의 편광 상태에 대한 영향을 최소화하는 상기 시스템을 제공하도록 샘플(SAM)의 소스(S) 측 상의 집속 광학장치(RFO) 및 상기 샘플(SAM)의 검출기(DET) 측 상의 집속 광학장치(RFO')를 포함하는 타원계측기 시스템을 캘리브레이션하는 방법을 포함하며, 이 방법은,
샘플(SAM) 상의 위치 상으로 전자기 방사선의 집속된 빔(FB)을 제공하기 위한 시스템을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 시스템은 제1 미러(Ml), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 순차적으로 포함하는 반사 광학 시스템(RFO)이며, 상기 4개의 미러들(Ml)(M2)(M3)(M4) 각각은 반사 표면들을 제공하며, 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2)는,
a) 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2)가 모두 편평한 구성;
b) 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2) 중 하나는 편평하지 않은 구성;
c) 상기 제1 미러(M1) 및 상기 제2 미러(M2) 모두가 편평하지 않은 구성으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
또한, 상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)는,
상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)가 각기 볼록 반사 표면 및 오목 반사 표면을 제공하는 구성;
상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)가 오목 반사 표면들을 제공하는 구성;
상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4) 중 하나는 오목형이고 다른 하나는 평면형인 구성;으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
사용 시에, 특정 편광 상태를 갖는 전자기 방사선의 입사 빔(IB)은 상기 제1 미러(M1)를 향하고 상기 제1 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사되고, 이로써 제1 입사 평면(P1)이 상기 입사 빔(IB)과 상기 제1 미러(Ml)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔 간에서 형성되며; 이로써, 상기 제1 미러(M1)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔은 상기 제2 미러(M2)를 향하고 상기 제2 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사하여서 상기 제3 미러(M3)를 향하고, 상기 제3 미러로부터 상기 빔은 상기 제3 미러 상의 위치로부터 반사되어서 상기 제4 미러(M4)로 향하고, 상기 제4 미러로부터 상기 빔은 상기 제4 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사되어서 집속된(FB) 출사 빔(outgoing beam)(OB)으로서 상기 샘플(SAM)을 향하며; 상기 제3 미러(M3)의 상기 반사 표면으로부터 반사되고 상기 제4 미러에 충돌하는 빔으로서, 상기 제4 미러(M4)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 빔은 제2 입사 평면(P2)을 형성하며, 상기 제1 입사 평면(P1)과 상기 제2 입사 평면(P2)은 서로 실질적으로 직교한다.
상기 4개의 미러들(Ml)(M2)(M3)(M4)의 상기 반사 표면들의 상기 4개의 반사들의 실행은 상기 입사 빔의 특정 편광 상태에 대한 모든 상기 반사들의 영향을 실질적으로 최소화시키고, 상기 출사 빔(OB)의 방향을 정하고, 상기 샘플(SAM) 상으로 충돌하는 지점에서 상기 샘플(SAM) 상으로 집속된 빔(PB)으로서 상기 출사 빔을 제공한다.
상기 방법은 사용 시에 상기 출사 빔(OB)이 충돌하는 샘플(SAM)을 제공하는 단계를 더 포함하며; 그리고 상기 방법은 상기 전자기 빔이 상기 샘플 상에서 충돌하는 상기 샘플 상의 위치로부터 연장되는 수직 평면을 중심으로, 상기 미러들(Ml),(M2),(M3) 및 (M4)에 대해서 실질적으로 거울상으로 배열된 추가 제5 미러(Ml'), 제6 미러(M2'), 제7 미러(M3') 및 제8 미러(M4')의 형태로 추가 반사 광학장치(RFO')를 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 미러들(Ml'),(M2'),(M3') 및 (M4')은 상기 샘플(SAM)로부터 반사된 상기 빔을 시준화되거나, 수렴하거나 발산하는 상태로 편광 상태 검출기(PSD) 내로 향하게 하는 역할을 한다.
사용 시에 상기 샘플(SAM)로부터 반사된 빔은 상기 제5 미러(Ml')로부터 상기 제6 미러(Μ2') 상으로 반사되고, 상기 제6 미러로부터 상기 빔은 상기 제7 미러(Μ3') 상으로 반사되어서 상기 제8 미러(Μ4')로 향하고, 상기 제8 미러로부터 상기 빔은 상기 편광 상태 검출기(PSD) 및 상기 검출기의 다중-요소 검출기 내로 들어가며, 상기 미러들(M4') 및 (Ml')에 대하여 입사하여 반사된 빔들은 서로 직교하는 평면(P1') 및 평면(Ρ2')을 형성한다.
상기 방법은 컴퓨터 시스템(CMP)을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 컴퓨터 시스템(CMP)은 상기 시스템 및 상기 샘플(SAM)의 수학적 모델로 프로그램되며; 상기 방법은, 특정 편광 상태를 갖는 전자기 방사선의 입사 빔(IB)의 상기 소스(S)가 입사 빔(IB)을 적어도 하나의 입사각 및 적어도 하나의 알려진 편광 상태로 상기 제1 미러(M1)로 향하게 하고, 상기 제1 미러로부터 반사되게 하고, 상기 제2 미러(M2), 상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)와 상호작용하게 하고, 이후에 상기 샘플(SAM)로부터 반사되어서 상기 미러들(Ml')(M2'),(M3') 및 (M4')을 통해서 상기 편광 상태 검출기(PSD) 내로 향하여서 상기 검출기 내의 다중-요소 검출기(DET)에 의해서 검출되는 단계; 및 상기 다중-요소 검출기(DET)가 다중-파장 데이터를 상기 컴퓨터 내로 출력하고 상기 컴퓨터에서 수학적 회귀(mathematical regression)가 최상의 적합한 값들(fit valuse)을 상기 수학적 모델 내의 파라미터들에 할당하도록 수행되는 단계를 포함한다.
또한, 다시 한번, 상기 수학적 모델은, 적어도,
상기 샘플보다 앞에 있는 상기 제1 미러(Ml), 상기 제2 미러(M2), 상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)의 표면 반사 특성으로서, 상기 미러들 상의 임의의 박막층들의 영향들을 포함하는, 상기 표면 반사 특성;
상기 샘플보다 뒤에 있는 상기 제5 미러(Ml'), 상기 제6 미러(M2'), 상기 제7 미러(M3') 및 상기 제8 미러(M4')의 표면 반사 특성으로서, 상기 미러들 상의 임의의 박막층들의 영향들을 포함하는, 상기 표면 반사 특성;
상기 전자기 빔이 충돌하는 위치에서, 상기 상기 제1 미러(Ml), 상기 제2 미러(M2), 상기 제3 미러(M3), 상기 제4 미러(M4), 상기 제5 미러(Ml'), 상기 제6 미러(M2'), 상기 제7 미러(M3') 및 상기 제8 미러(M4')의 표면들에 대한 상기 전자기 빔의 입사각들;
상기 샘플 상의 임의의 박막층들의 영향들을 포함하는 샘플 표면 반사 특성;
상기 전자기 빔의 상기 샘플의 표면으로의 입사각;
검출기 요소를 들어가는 상기 전자기 빔에서의 하나 이상의 파장들의 존재를 설명하는 분광학적 평균(spectroscopic averaging);
검출기 요소를 들어가는 중앙 빔 성분으로부터의 입사각 및 입사면(plane of incidence)의 편차들을 설명하는 전자기 빔 번짐(electromagnetic beam smearing); 및
편광자, 보상기 및 분석기 영향들;
로부터 다양하게 선택되는 파라미터들을 포함한다.
반사 광학장치들(RF0) 및 (RFO')을 포함하는 타원계측기를 캘리브레이션하는 바람직한 본 발명의 방법은 다양한 성분들을 기계적으로 조절하는 것 및 시스템의 수학적 모델 내의 파라미터들에 대한 최적의 값들에 도달하는 것 모두를 포함한다는 것이 인정될 것이다.
중요한 실시예이기 때문에, 위에서, 미러들(M3) 및 (M3')은 볼록하며 및 상기 미러들로부터 반사되는 전자기 방사선의 빔은 상기 미러들 상의 중앙에서 벗어난 위치로부터 반사될 수 있다는 것이 주목된다.
본 발명은 본 명세서의 상세한 설명 부분을 도면들과 함께 참조하면 보다 양호하게 이해될 것이다.
도 la는 편광 상태의 최소 변화를 가지며 샘플(SAM) 상으로 전자기 방사선의 집속된 빔(FB)을 제공하기 위한 시스템을 도시한다.
도 lb는 전자기 방사선의 샘플(SAM)로부터의 반사 빔(FB)을 수용하여서 이 빔을 편광 상태 검출기(PSD)로 향하게 하는 시스템을 도시한다.
도 2a는 제3 볼록 미러(M3)로부터의 중앙에서 벗어난 반사가 오목 제4 미러(M4)로 입사된 빔을 "퍼지게 하고" 이 제4 오목 미러가 이 퍼진 빔을 샘플(SAM) 상으로 집속된 빔(FB)으로서 집속하는 역할을 하는 것을 도시한다.
도 2b는 소스(S) 측 상의 대응하는 구성에 대응하는 샘플의 검출기(DET) 측 상에서 사용되는 구성을 도시한다.
도 2c 및 도 2d는 도 2a 및 도 2b의 변형을 도시하며, 도 2c 및 도 2d에서는 볼록 미러들(M3)(M3')이 오목 미러들로 대체된다.
도 2e 및 도 2f는 도 2a 및 도 2b의 변형을 도시하며, 도 2e 및 도 2f에서는 볼록 미러들(M3)(M3')이 평면형 미러들로 대체된다.
도 2g 및 도 2h는 도 2a 및 도 2b의 변형을 도시하지만, 도 2g 및 도 2h에서는 볼록 미러들(M3)(M3')이 오목 미러들로 대체되고, 오목 미러들(M4)(M4')이 평면형 미러들로 대체된다.
도 3a는 반사 집속 광학장치들(RFO)(RFO')을 포함하는 본 발명의 타원계측기 시스템을 도시한다.
도 3b는 편광 상태 생성기(PSG)의 통상적인 성분들인 편광자(P), 및 선택사양적으로 보상기(C)를 나타낸다.
도 3c는 편광 상태 검출기(PSD)의 통상적인 성분들인 분석기(A), 및 선택사양적으로 보상기(C) 및 다중-요소 검출기(DET)를 나타낸다.
이제 도 la를 참조하면, 샘플(SAM) 상의 일 위치로 전자기 방사선의 집속된 빔(focused beam)(FB)을 제공하기 위한 시스템이 도시되며, 특히, 본 발명은 제1 미러(Ml), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 순차적으로 포함하는 반사성 광학 시스템(RFO)이다. 상기 4개의 미러들(Ml)(M2)(M3)(M4) 각각은 반사 표면들을 제공하며, 상기 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)는 각기 볼록 반사 표면 및 오목 반사 표면을 제공한다.
전자기 방사선의 입사 빔(IB)(특정 편광 상태를 가짐)이 도시되는데, 이 입사 빔은 상기 제1 미러(M1)를 향하고 이 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사되고, 이로써 제1 입사 평면(plane of incidence)(P1)이 상기 입사 빔(IB)과 상기 제1 미러(Ml)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔 간에서 형성된다. 상기 제1 미러(M1)의 반사 표면으로부터 반사된 빔은 상기 제2 미러(M2)를 향하고 이 미러의 상기 반사 표면으로부터 반사하여서 상기 볼록 제3 미러(M3)를 향하고, 이 제3 미러로부터 빔은 그 상의 중앙에서 벗어난 위치에서 반사되어서 상기 오목 제4 미러(M4)를 향하고, 이 제4 미러로부터 빔은 이 미러의 반사 표면으로부터 반사되어서 집속된(FB) 출사 빔(outgoing beam)(OB)으로서 상기 샘플(SAM)을 향한다. 상기 볼록 제3 미러(M3)의 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔 및 상기 오목 제4 미러(M4)의 상기 반사 표면으로부터 반사된 빔은 제2 입사 평면(P2)을 형성하며, 상기 제1 입사 평면(P1) 및 제2 입사 평면(P2)은 서로 직교한다. 사용 시에 상기 미러들(Ml),(M2),(M3) 및 (M4) 각각은 각각의 표면으로의 입사각으로 각각에 접근하는 빔을 수용하며, 빔이 각각의 미러 상에 충돌하는 지점에서 각각의 상기 미러에 대해 수직하게 입사 평면이 규정된다는 것이 주목된다. 바람직한 실시예에서, 동일한 평면들은 쌍을 이룬 미러들(Ml) 및 (M2)(즉, 평면(P1))에 의해서, 그리고 쌍을 이룬 미러들(M3) 및 (M4)(즉, 평면(P2))에 의해서 규정된다.
상기 4개의 미러들(Ml)(M2)(M3)(M4)의 상기 반사 표면들의 상기 4개의 반사들의 실행(effect)은 상기 입사 빔의 특정 편광 상태에 대한 모든 상기 반사들의 영향을 실질적으로 최소화시키고, 상기 출사 빔(OB)의 방향을 정하며, 상기 샘플(SAM) 상으로 충돌하는 지점에 상기 샘플(SAM) 상으로 집속된 빔(FB)으로서 상기 출사 빔을 제공하는 것이다.
상기 시스템은 모두가 편평한 반사 표면들을 갖는 제1 미러(Ml) 및 제2 미러(M2)를 포함하거나, 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2) 중 적어도 하나는 편평하지 않은 반사 표면(non-flat reflecting surface)을 갖거나, 또는 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2) 모두가 편평하지 않은 반사 표면들을 갖는다.
도 lb는 샘플(SAM)로부터 전자기 방사선의 반사 빔(FB)을 수용하여 이 빔을 시준화된 빔(collimated beam)으로서 편광 상태 검출기(PSD)로 향하게 하는 시스템(RFO')을 도시한다. 도 lb는 출사 빔(OB)이 충돌하는 상기 샘플(SAM) 위치의 상방 수직 라인을 따라서 보여지는 경우의 도 1a의 거울상(mirror-image)이다는 것이 주목된다. 또한, 도 lb에서의 식별자들은 도 la에서의 식별자들과 매우 동일하며, 도 1b에서는 프라임(') 표시가 첨가된 것이 주목된다. 즉, 예를 들어서, 도 1a에서의 미러들(Ml),(M2),(M3) 및 (M4)은 도 1b에서의 미러들(Ml'),(M2'),(M3') 및 (M4')에 대응한다. 또한, 도 lb에서는 반사 빔(reflected beam)(RB)이 식별되는데, 이 반사 빔은 샘플(SAM)로부터 반사된 후의 출사 빔(OB)이다. 도 lb에서, 평면(P1')과 평면(P2')은, 도 1a에서 평면(P1)과 평면(P2)이 서로 직교한 바와 같이, 서로 직교한다.
도 2a는 제3 볼록 미러(M3)로부터의 중앙에서 벗어난 반사(off-center reflection)가 오목 제4 미러(M4) 상으로 입사하는 빔을 "퍼지게 하고(spread-out)" 이 오목 제4 미러(M4)는 이 퍼진 빔을 집속된 빔(FB)으로서 샘플(SAM) 상으로 집속시키는 역할을 하는 것을 도시한다. 도 2b는 소스(S) 측 상에서의 상기 도 2a 구성에 대응하는, 샘플의 검출기(DET) 측 상에서의 사용을 위한 구성을 도시한다. 미러(M3') 및 미러(M4')의 존재로 인해서, 미러(M3) 및 미러(M4)를 통해서 소스(S) 측 상에서 사용된 것에 대응되는 방식으로, 샘플(SAM)로부터 반사된 빔이 검출기(DET) 내로 향하게 된다. 도 2a 및 도 2b는 사용 시에 실현될 수 있는 실제 입사각 및 반사각을 표현하기보다는, 매우 작은 입사각 및 반사각과 본 발명 시스템 기하 구조를 예시한다는 것이 주목된다. 또한, 도 2b는 미러(M3')를 나오는 시준화된 빔을 도시하지만, 이는 예시적일 뿐이며, 수렴하거나 발산하는 빔이 또한 존재할 수도 있다. 도 2a에서와 같이, 도 2b는 단지 부분적이며, 샘플(SAM)로부터 반사된 빔이 어떻게 반사되어서 검출기(DET)로 전달되는지를 식별하기 위해서 도시되었다는 것이 이해되어야 한다. 사용 시에, 추가 미러들((Ml')(M2'))이 존재할 것이며, 이 추가 미러들은 도 1a에서의 미러(Ml) 및 미러(M2)와 유사하며, 도 1a에서의 것들과 유사한 다양한 미러들로부터의 빔 반사들 간에, 평면(P1) 및 평면(P2)과 유사하게 형성된 평면(P1') 및 평면(P2')이 존재할 것이다.
도 2a 내지 도 2h에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 도 la 및 도 lb에서와 같은 시스템을 포함할 수 있으며, 이 시스템에서는 2개의 평면형 미러들(예를 들어서, 도 1a 및 도 1b에서의 미러들(Ml)(Ml') 및 (M2)(M2')) 이외에, 하나의 볼록 미러(M3) 및 하나의 오목 미러(M4)가 (바람직한 실시예에 있어서) 존재하거나, 2개의 오목 미러들((M4)(M4') 및 (M3)(M3'))이 존재하거나, 또는 3개의 평면형 미러들(Ml)(Ml')(M2)(M2')(M3)(M3')가 존재하고 하나의 오목 미러(M4)(M4')가 존재하거나, 또는 3개의 평면형 미러들(Ml)(Ml')(M2)(M2')(M4)(M4') 및 하나의 오목 미러(M3)(M3')가 존재할 수 있다. 특히, 도 2c 및 도 2d는 도 2a 및 도 2b의 변형을 도시하며, 도 2c 및 도 2d에서는 볼록 미러들(M3)(M3')이 오목 미러들로 대체된다. 도 2e 및 도 2f는 도 2a 및 도 2b의 변형을 도시하며, 도 2e 및 도 2f에서는 볼록 미러들(M3)(M3')이 평면형 미러들로 대체된다. 도 2g 및 도 2h는 도 2a 및 도 2b의 변형을 도시하지만, 도 2g 및 도 2h에서는 볼록 미러들(M3)(M3')이 오목 미러들로 대체되고, 오목 미러들(M4)(M4')이 평면형 미러들로 대체된다. 상기 시스템은 미러들(Ml),(M2),(M3) 및 (M4) 각각의 반사 특성들이 실질적으로 동일하고/하거나 그의 관련 코팅 재료 및 두께에 기초하여서 실질적으로 동일한 반사 코팅들이 미러들(Ml),(M2),(M3) 및 (M4) 각각 상에 존재하다는 것이 주목된다. 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각은 단일 재료의 기판, 및 적어도 하나의 상이한 재료의 코팅부를 상기 기판 상에 포함할 수 있다. 이러한 변형들은 바람직하지 않을지라도, 본 발명의 범위 내에 속한다.
도 3a는 편광 상태 생성기(PSG) 및 편광 상태 검출기(PSD) 요소들과 함께, 상술된 본 발명의 반사 집속 광학장치들(RFO) 및 (RFO')를 포함하는 본 발명의 타원계측기 시스템(ellipsometer system)을 보다 직관적인 방식으로 도시한다. 도 3b는 편광 상태 생성기(PSG)가 통상적으로 편광자(P)를 포함할 수 있으며 보상기(C)를 포함할 수 있다는 것을 나타낸다는 것이 주목된다. 또한, 도 3c는 반사 집속 광학장치(RFO')로부터 그 내부로 들어가는 전자기 빔으로부터 데이터를 기술하는 샘플(SAM)을 생성할 시에 사용되는 검출기(DET) 자체를 편광 상태 검출기(PSD)가 포함한다는 것을 나타낸다. 편광 상태 검출기(PSD)는 통상적으로 분석기(A)를 포함할 수 있으며, 선택사양적 보상기(C)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 편광 상태 생성기(PSG)는 전자기 방사선의 입사 빔(IB)의 소스(S) 및 편광자를 포함하며, 편광 상태 검출기는 분석기(A) 및 다중-요소 검출기(DET)를 포함한다.
마지막으로, 전자기 방사선의 "중심 광선(central ray)"은 그의 빔 내에서의 가장 중심에 있는 광선이고, 빔은 광선들의 수학적 총체(mathematical ensemble)로서 유리하게 간주되다는 것이 이해되어야 한다. 또한, "시준화(collimation)"는 광선들이 수렴 또는 발산하는 빔을 광선들이 실질적으로 평행한 빔으로 변화시키는 것을 말한다.
본 발명의 논의 대상이 본 명세서에서 개시되었지만, 본 발명의 수많은 수정사항들, 대체사항들 및 변형사항들이 그 교시사항들의 관점 하에서 가능하다는 것이 명백해져야 한다. 따라서, 본 발명은 특정하게 기술된 바와 달리 실시될 수 있으며 청구항들에 의해서만 그 범위 및 권리가 한정되어야 함이 이해되어야 한다.

Claims (23)

  1. 샘플(SAM) 위의 위치로 전자기 방사선의 집속된 빔(FB)을 제공하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 제1 미러(M1), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 순차적으로 포함하는 반사 광학 시스템(RFO)이며, 상기 4개의 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각은 반사 표면들을 제공하며, 상기 제3 미러(M3) 및 상기 제4 미러(M4)는 각기 볼록 반사 표면 및 오목 반사 표면을 제공하며;
    사용 시에, 특정 편광 상태를 갖는 전자기 방사선의 입사 빔(IB)은 상기 제1 미러(M1)를 향하고 상기 제1 미러의 반사 표면으로부터 반사되고, 이로써 제1 입사 평면(P1)이 상기 입사 빔(IB)과 상기 제1 미러(M1)의 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔 간에서 형성되며;
    상기 제1 미러(M1)의 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔은 상기 제2 미러(M2)를 향하고 상기 제2 미러의 반사 표면으로부터 반사되어 상기 제3 미러(M3)를 향하고, 상기 제3 미러로부터 상기 빔은 상기 제3 미러 상의 중앙에서 벗어난 위치에서 반사되어 상기 제4 미러(M4)로 향하고, 상기 제4 미러로부터 상기 빔은 상기 제4 미러의 반사 표면으로부터 반사되어 집속된(FB) 출사 빔(OB)으로서 상기 샘플(SAM)을 향하며;
    상기 제3 미러(M3)의 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔과 상기 제4 미러(M4)의 반사 표면으로부터 반사된 빔은 제2 입사 평면(P2)을 형성하며, 상기 제1 입사 평면(P1)과 상기 제2 입사 평면(P2)은 서로 직교하며;
    상기 4개의 미러들(M1)(M2)(M3)(M4)의 반사 표면들의 4개의 반사의 실행은 상기 입사 빔의 특정 편광 상태에 대한 모든 상기 반사들의 영향을 최소화시키고, 상기 출사 빔(OB)의 방향을 정하고, 상기 샘플(SAM) 상으로 충돌하는 지점에서 상기 샘플(SAM) 상으로 집속된 빔(PB)으로서 상기 출사 빔을 제공하는, 집속 빔 제공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2)는 편평한 반사 표면들을 갖는, 집속 빔 제공 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2) 중 적어도 하나는 편평하지 않은 반사 표면을 갖는, 집속 빔 제공 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2) 모두는 편평하지 않은 반사 표면들을 갖는, 집속 빔 제공 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입사 빔(IB), 모든 반사된 빔들 및 상기 출사 빔(OB)은 분광성을 갖는, 집속 빔 제공 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입사 평면(P1) 및 제2 입사 평면(P2)은 해당 반사 빔들 내의 중심 광선들에 의해서 규정되는, 집속 빔 제공 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입사 빔(IB), 다양한 반사 빔들, 및 상기 출사 빔(OB) 각각은 적어도 16개의 단면 구역들로 구성되며,
    상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4)로부터의 다양한 반사들의 편광 상태에 대한 계산된 전체 영향은 평균화에 의해서 도달되는, 집속 빔 제공 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)에 접근하는 전자기 빔들의 입사각들은 각각 θ1 및 θ2 로 설정되고,
    상기 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2)에 접근하는 전자기 빔들의 입사각들은 각각,
    a) (θ1+θ2)/2 미만의 각;
    b) (θ1+θ2)/2의 각; 및
    c) (θ1+θ2)/2 보다 큰 각;
    으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 집속 빔 제공 시스템.
  9. 타원계측을 위한 시스템에 있어서,
    a) 전자기 방사선의 빔의 소스;
    b) 편광 상태 생성기;
    c) 반사 집속 광학 시스템;
    d) 샘플(SAM)을 지지하기 위한 스테이지(STG); 및
    e) 편광 상태 검출기(PSD);를 포함하며,
    상기 반사 집속 광학 시스템은 샘플(SAM) 상의 위치 상으로 전자기 방사선의 집속된 빔(FB)을 제공하기 위한 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 제1 미러(M1), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 순차적으로 포함하는 반사 광학 시스템(RFO)이며, 상기 4개의 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각은 반사 표면들을 제공하며, 상기 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)는 각기 볼록 반사 표면 및 오목 반사 표면을 제공하며;
    사용 시에, 특정 편광 상태를 갖는 전자기 방사선의 입사 빔(IB)은 상기 제1 미러(M1)를 향하고 상기 제1 미러의 반사 표면으로부터 반사되고, 이로써 제1 입사 평면(P1)이 상기 입사 빔(IB)과 상기 제1 미러(M1)의 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔 간에서 형성되며;
    상기 제1 미러(M1)의 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔은 상기 제2 미러(M2)를 향하고 상기 제2 미러의 반사 표면으로부터 반사되어 상기 제3 미러(M3)를 향하고, 상기 제3 미러로부터 상기 빔은 상기 제3 미러 상의 중앙에서 벗어난 위치에서 반사되어 상기 제4 미러(M4)로 향하고, 상기 제4 미러로부터 상기 빔은 상기 제4 미러의 반사 표면으로부터 반사되어 집속된(FB) 출사 빔(OB)으로서 상기 샘플(SAM)을 향하며;
    상기 제3 미러(M3)의 반사 표면으로부터 반사된 상기 빔과 상기 제4 미러(M4)의 반사 표면으로부터 반사된 빔은 제2 입사 평면(P2)을 형성하며, 상기 제1 입사 평면(P1)과 제2 입사 평면(P2)은 서로 직교하며;
    상기 4개의 미러들(M1)(M2)(M3)(M4)의 반사 표면들의 4개의 반사의 실행은 상기 입사 빔의 특정 편광 상태에 대한 모든 상기 반사들의 영향을 최소화시키고, 상기 출사 빔(OB)의 방향을 정하고, 상기 샘플 상으로 충돌하는 지점에서 상기 샘플(SAM) 상으로 집속된 빔(PB)으로서 상기 출사 빔을 제공하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2) 중 적어도 하나는 편평하지 않은 반사 표면을 갖는, 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2) 모두가 편평하지 않은 반사 표면들을 갖는, 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 입사 빔(IB), 모든 반사된 빔들, 및 상기 출사 빔(OB)은 분광성을 갖는, 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 입사 평면(P1) 및 제2 입사 평면(P2)은 해당 반사 빔들 내의 중심 광선들에 의해서 규정되는, 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 입사 빔(IB), 다양한 반사 빔들, 및 상기 출사 빔(OB) 각각은 적어도 16개의 단면 구역들로 구성되며,
    상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4)로부터의 다양한 반사들의 편광 상태에 대한 계산된 전체 영향은 평균화에 의해서 도달되는, 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)에 접근하는 전자기 빔들의 입사각들은 각각 θ1 및 θ2 로 설정되고,
    상기 제1 미러(M1) 및 제2 미러(M2)에 접근하는 전자기 빔들의 입사각들은 각각,
    a) (θ1+θ2)/2 미만의 각;
    b) (θ1+θ2)/2의 각; 및
    c) (θ1+θ2)/2 보다 큰 각;
    으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각의 반사 특성들은 동일한, 집속 빔 제공 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각은 단일 재료의 기판, 및 적어도 하나의 상이한 재료의 코팅부를 상기 기판 상에 포함하는, 집속 빔 제공 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4)에 대해서 거울상으로 배열된 추가 제5 미러(M1'), 제6 미러(M2'), 제7 미러(M3') 및 제8 미러(M4')를 더 포함하며,
    상기 미러들(M1')(M2')(M3')(M4')은 상기 빔을 시준화하여 편광 상태 검출기(PSD) 내로 향하게 하는 역할을 하는, 집속 빔 제공 시스템.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각의 반사 특성들은 동일한, 시스템.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4) 각각은 단일 재료의 기판, 및 적어도 하나의 상이한 재료의 코팅부를 상기 기판 상에 포함하는, 시스템.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 미러들(M1)(M2)(M3)(M4)에 대해서 거울상으로 배열된 추가 제5 미러(M1'), 제6 미러(M2'), 제7 미러(M3') 및 제8 미러(M4')를 더 포함하며,
    상기 미러들(M1')(M2')(M3')(M4')은 상기 빔을 시준화하여 편광 상태 검출기(PSD) 내로 향하게 하는 역할을 하는, 시스템.
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