KR102476923B1 - 광대역 적외선 방사선을 사용한 검사 및 계측 - Google Patents

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Abstract

광대역 적외선 방사선을 사용하여 반도체 구조물들을 측정하거나 검사하기 위한 시스템들 및 방법들이 개시된다. 이 시스템은 펌프 광을 생성하도록 구성된 펌프 소스 및 펌프 광에 응답하여 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성된 비선형 광학(NLO) 어셈블리를 포함하는 조명 소스를 포함할 수 있다. 이 시스템은 검출기 어셈블리 및 IR 방사선을 샘플 상으로 지향시키고 샘플로부터 반사된 및/또는 산란된 IR 방사선의 일 부분을 검출기 어셈블리로 지향시키도록 구성된 광학계 세트를 또한 포함할 수 있다.

Description

광대역 적외선 방사선을 사용한 검사 및 계측
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은, 그 전체가 참고로 포함되는, Yung-Ho Alex Chuang, John Fielden, 및 Baigang Zhang을 발명자들로서 명명하는, 발명의 명칭이 INFRARED SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETER AND AN INFRARED REFLECTOMETER인, 2017년 2월 5일 자로 출원된 미국 가출원 제62/454,805호의 35 U.S.C. § 119(e)에 따른 이익을 주장한다.
[기술 분야]
본 발명은 일반적으로 반도체 제조 또는 유사한 프로세스들에서 사용하기에 적당한 계측 및 검사 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 계측 및 검사 툴들에서 사용하기에 적당한 광대역 근적외선 및 단파장 적외선 광 소스들에 관한 것이다.
메모리 디바이스들(NAND 및 DRAM 모두)의 밀도가 증가함에 따라, 반도체 제조업체들은 단위 면적당 보다 많은 트랜지스터들 및 비트들을 패킹하기 위해 보다 두꺼운 막 스택들을 점점 더 사용하고 있다. 보다 높은 막 스택들은 보다 깊은 채널들, 비아들, 트렌치들, 및 유사한 구조물들이 막 스택들 내로 에칭될 것을 요구한다. 원하는 형상들 및 깊이들을 에칭하기 위해 에칭에 대한 보다 강한 내성을 갖는 보다 두꺼운 하드마스크들 및 물질들이 요구된다. 그렇지만, 하드마스크 물질들(예컨대, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, TiN, 비정질 탄소, 및 이와 유사한 것)은 가시 및 UV 파장 광에 대해 흡수성이 강하다(strongly absorbent).
현재의 검사 및 계측 기술들은, 100nm 초과 두께이고 UV 및 가시 광에 대해 흡수성이 강한 물질로 만들어질 수 있는, 하드마스크 아래쪽의 수 마이크로미터(multi-micron) 높이의 구조물들을 측정하거나 검사하기에 부적절하다.
전자 현미경들은 채널, 비아, 트렌치, 또는 이와 유사한 것의 내부를 검사하는 데 사용될 수 있지만, 구멍(hole)이 점점 더 깊어짐에 따라, 후방 산란 또는 2차 전자들이 깊고 좁은 구멍으로부터 거의 빠져나올 수 없어, 표면보다 실질적으로 아래쪽에 있는 것에 대해 낮은 감도를 결과한다. 구멍들 주위에서, 대부분의 2차 전자들은 물질의 표면으로부터 나오며, 따라서 물질 내의 깊은 구조물들 또는 결함들로부터 정보를 거의 내지 전혀 제공하지 않는다.
적절한 파장들의 X-선들(웨이퍼의 배면으로부터 조명하는 경우 하드 X-선들(hard X-rays), 그렇지 않은 경우 수 keV의 X-선 에너지들로 충분할 수 있음)은 수 마이크로미터 이상의 통상적인 반도체 물질들을 관통할 수 있다. 그렇지만, x-선 소스들은 낮은 방사휘도(radiance)를 가지며 대부분의 반도체 물질들에 의해 약하게 산란된다. 게다가, x-선 광학계(x-ray optics)는 가시 광 및 IR 광에 대한 광학계와 비교하여 유연성이 없고 열악한 품질을 갖는다. 고 방사휘도 x-선 소스가 이용가능하게 될지라도, 반도체 웨이퍼의 임의의 검사된 또는 측정된 영역은 높은 방사선 선량(radiation dose)에 노출되어야만 할 것인데, 그 이유는 상이한 물질들 사이의 약한 콘트라스트가 강한 신호를 생성하기 위해 높은 x-선 플럭스를 요구하기 때문이다. 그러한 높은 선량은, 예를 들어, 반도체 물질 내에 트래핑된 전하들을 생성함으로써 웨이퍼 상의 반도체 디바이스들을 쉽게 손상시킬 수 있다.
적외선 방사선(IR) 소스들은 본 기술분야에 공지되어 있다. 글로-바들(glow-bars)과 같은, 흑체 방사체들(black-body radiators)의 방사휘도는 글로 바의 온도에 의해 제한된다. 너무 높은 온도는 글로 바를 용융(melt)시키거나 연소(burn up)시킬 것이다. 아크 램프들(arc lamps) 및 레이저 펌핑 소스들(laser-pumped sources)과 같은, 플라스마 광 소스들은 (어쩌면 대략 10,000K 내지 15,000K 정도로 높은) 글로 바보다 훨씬 더 높은 온도를 갖는 방출 영역을 가질 수 있지만, 매우 높은 전류들 또는 대형 레이저들을 사용하지 않으면서 광학적으로 불투명할 정도로 충분히 큰 플라스마를 만드는 것은 어렵다. 부가적으로, 플라스마는, 플라스마의 핫 코어(hot core)로부터의 방출의 일부를 흡수하고 보다 낮은 흑체 온도에서 방사선을 재방출할 수 있는, 쿨러 가스(cooler gas)에 의해 필연적으로 둘러싸여 있어야 한다. 이러한 소스들 전부는 상대적으로 큰 방출량(emission volume)(치수가 보통 수백 마이크로미터 내지 mm임)으로 4π 스테라디안(steradians)으로 광을 방출한다. 그러한 큰 규모의 에텐듀(etendue)는 광학 계측 또는 검사 기기에 효율적으로 커플링될 수 없으며, 방출된 파워의 대부분이 낭비된다.
기존의 IR 측정 및 검사 시스템들은 최첨단 반도체 제조 프로세스들 동안 대부분의 패터닝된 웨이퍼들 상에서 측정하기에 너무 큰 측정 스폿 사이즈를 갖는다. 이러한 시스템들은 또한 대량 반도체 제조에서의 인라인 사용에는 너무 느리다. 기존의 IR 소스들의 낮은 방사휘도는 낮은 신호 레벨을 갖는 임의의 작은 스폿(예컨대, 약 25μm보다 작은 스폿 또는 픽셀 치수들) 측정 또는 검사 시스템을 결과할 것이며, 이는 고감도 측정들 및 검사들이 매우 느려질 것임(웨이퍼당 잠재적으로 몇 분 또는 그 이상)을 의미한다. 대량 반도체 제조 프로세스에서는 느린 측정들 및 검사들이 바람직하지 않다.
따라서, 앞서 식별된 단점들 중 하나 이상을 치유하기 위해 NIR 및 SWIR 범위들 내의 넓은 범위의 파장들을 생성하는 고 방사휘도 IR 소스가 필요하다. 고 방사휘도 IR 소스를 통합한 계측 및 검사 시스템들이 또한 필요하다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 반도체 계측 및/또는 검사에서 사용될 광대역 적외선(IR) 방사선을 생성하기 위한 시스템이 개시된다. 일 실시예에서, 이 시스템은 조명 소스를 포함한다. 다른 실시예에서, 조명 소스는 광대역 광 소스 어셈블리를 포함한다. 다른 실시예에서, 광대역 광 소스 어셈블리는 선택된 파장의 광을 생성하도록 구성된 펌프 소스 및 펌프 소스에 의해 생성된 펌프 광에 응답하여 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성된 비선형 광학(nonlinear optical, NLO) 어셈블리를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 시스템은 검출기 어셈블리를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 시스템은 IR 방사선을 샘플 상으로 지향시키도록 구성된 광학계 세트(set of optics)를 포함하고, 여기서 광학계 세트는 IR 방사선의 일 부분을 샘플로부터 검출기 어셈블리로 지향시키도록 추가로 구성된다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 반도체 계측 및/또는 검사에서 광대역 IR 방사선을 생성하고 사용하기 위한 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 이 방법은 선택된 파장의 펌프 광을 생성하는 단계 및 펌프 광에 응답하여 펌프 광을 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성된 비선형 광학(NLO) 어셈블리로 지향시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 IR 방사선을 대물 렌즈로 지향시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 IR 방사선을 샘플 상으로 포커싱하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 샘플로부터 반사되거나 산란된 IR 방사선의 일 부분을 검출기 어셈블리로 지향시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 이 방법은 검출기 어셈블리에 의해 검출된 IR 방사선의 부분으로부터 샘플의 특성을 결정하는 단계를 포함한다.
전술한 개괄적인 설명 및 하기의 상세한 설명 둘 다가 예시적이고 설명적인 것에 불과하며, 청구된 바와 같은 본 발명을 반드시 제한하는 것은 아님이 이해되어야 한다. 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고, 개괄적인 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
본 개시내용의 수많은 장점들은 첨부 도면들을 참조하여 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 보다 잘 이해될 수 있다:
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 적층된 반도체 구조물의 단위 셀(unit cell)의 개념도를 예시하고 있다.
도 2a 내지 도 2f는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 광대역 적외선 방사선을 생성하기 위한 시스템의 단순화된 개략 다이어그램들을 예시하고 있다.
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 갈륨 비화물(GaAs) 광학 파라메트릭 발진기(optical parametric oscillator, OPO)를 사용하여 생성된 파장 출력들의 그래프를 예시하고 있다.
도 3b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 리튬 니오베이트(lithium niobate, LN) 광학 파라메트릭 발진기(OPO)를 사용하여 생성된 파장 출력들의 그래프를 예시하고 있다.
도 3c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 다양한 펌프 파장들에서 주기적으로 분극반전된 리튬 니오베이트(periodically poled lithium niobate, PPLN) 광학 파라메트릭 발진기(OPO)를 사용하여 생성된 파장 출력들의 그래프를 예시하고 있다.
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 검사 및/또는 계측 시스템의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 검사 및/또는 계측 시스템의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다.
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 광대역 적외선 방사선을 생성하기 위한 방법의 흐름 다이어그램을 예시하고 있다.
첨부 도면들에 예시되는, 개시된 주제에 대해 이제 상세하게 언급될 것이다.
본 개시내용은 반도체 계측 및 검사 시스템들에 대한 개선된 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 하기의 설명은 본 기술분야의 임의의 통상의 기술자가 특정의 적용분야 및 그의 요구사항들의 맥락에서 제공되는 바와 같은 본 개시내용의 실시예들을 제조하고 사용할 수 있게 해주기 위해 제시된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "상부(top)", 하부(bottom)", "위에(over)", "아래에(under)", "상부(upper)", "상향(upward)", "하부(lower)", "아래로(down)", "하향(downward)" 및 이와 유사한 것과 같은 방향 용어들은 설명의 목적들을 위한 상대 위치들을 제공하는 것으로 의도되고, 절대 기준 프레임(absolute frame of reference)을 지정하는 것으로 의도되지 않는다. 설명된 실시예들에 대한 다양한 수정들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이고, 본 명세서에 정의된 일반 원리들이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시내용이 도시되고 설명된 특정의 실시예들로 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 개시된 본 명세서에서의 원리들 및 신규의 특징들에 부합하는 가장 넓은 범위를 부여받아야 한다.
도 1 내지 도 6을 개괄적으로 참조하면, 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 광대역 근적외선(NIR) 및 단파장 적외선(SWIR) 조명의 생성을 위한 시스템 및 방법이 설명된다. 본 개시내용의 실시예들은 적층된 반도체 구조물 내의 깊은 결함들 또는 피처들을 검사 및/또는 측정하기 위해 광대역 IR 방사선을 생성 및/또는 사용하는 것에 관한 것이다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 적층된 반도체 구조물의 단위 셀(100)의 개념도를 예시하고 있다. 단위 셀(100)은 본 명세서에 설명된 시스템들 또는 방법들 중 임의의 것이 측정하거나 검사하는 데 사용될 수 있는 반도체 웨이퍼 상의 예시적인 구조물의 일부를 예시하고 있다. 단위 셀(100)은 보다 큰 적층된 반도체 구조물을 구성하기 위해 1차원 또는 2차원으로 여러 번 반복될 수 있다. 일 실시예에서, 단위 셀(100)은 다수의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 셀(100)은 50개 초과의 층 쌍(pairs of layers), 또는 100개 초과의 층 쌍을 포함할 수 있다. 6개의 반복하는 층 쌍만이 도 1에 도시되어 있지만, 도 1은 예시 목적을 위해서만 제공되며, 본 개시내용의 범위에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다. 이와 관련하여, 부가의 층들이 단위 셀(100)에 도시된 반복하는 층 쌍들 위아래에 존재할 수 있다. 예를 들어, 하드마스크는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반복하는 층들 위에 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 단위 셀(100)은 단위 셀(100) 전체에 걸쳐 다양한 깊이들에 하나 이상의 관심 치수를 포함할 수 있다. 관심 치수들은 다양한 폭들, 또는 임계 치수들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 셀(100)은 상부 임계 치수(top critical dimension, TCD), 중간 임계 치수(middle critical dimension, MCD), 및 하부 임계 치수(bottom critical dimension, BCD)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 다른 구조적 관심 치수들은 위아래의 층들에 대한 반복하는 층들 중 하나에서의 관심 치수들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 이전에 언급된 바와 같이, 100nm 초과 두께이고 UV 및 가시 광에 대해 흡수성이 강한 물질로 만들어질 수 있는, 하드마스크 아래쪽의 수 마이크로미터 높이의 구조물들(예컨대 단위 셀(100))을 측정하거나 검사하기 위한 적절한 기술들이 현재는 없다. 예를 들어, 도 1에서의 BCD를 측정하거나 검사하는 데 사용될 수 있는 양호한 기존 기술들이 없으며, 여기서 하드마스크는 UV 및 가시 광에 대해 흡수성이 강하다.
두꺼운 하드마스크들은 마스크의 물질 및 두께에 따라 근적외선(NIR) 또는 단파장 적외선(SWIR)에 투명할 수 있다. 그렇지만, 기존의 IR 반도체 계측 시스템들은 큰 측정 스폿들(예컨대, 1mm 정도)을 가지며, 패터닝되지 않은 웨이퍼들의 측정들을 위해 주로 사용된다. 이러한 측정 스폿 사이즈들은 최첨단 반도체 제조 프로세스들 동안 대부분의 패터닝된 웨이퍼들 상에서 측정하기에는 너무 크다. 이 기기들은 또한 대량 반도체 제조에서의 인라인 사용(in-line use)에는 너무 느리다. 기존의 IR 소스들의 낮은 방사휘도는 낮은 신호 레벨을 갖는 임의의 작은 스폿(예컨대, 약 25μm보다 작은 스폿 또는 픽셀 치수들) 측정 또는 검사 시스템을 결과할 것이며, 이는 고감도 측정들 및 검사들이 매우 느려질 것임(웨이퍼당 잠재적으로 몇 분 또는 그 이상)을 의미한다. 대량 반도체 제조 프로세스에서는 느린 측정들 및 검사들이 바람직하지 않다.
현재의 검사 및 계측 시스템들의 단점들을 고려하여, 본 개시내용의 실시예들은 NIR 및 SWIR 범위들 내의 넓은 범위의 파장들을 생성할 수 있는 고 방사휘도 IR 소스에 관한 것이다. 그러한 소스들이, 약 5μm 정도로 긴 파장들과 같은, 중간 파장 IR로 확장가능한 것이 추가로 바람직하다. 광대역 IR 방사선의 생성이, 도 1에 도시된 바와 같이, 적층된 반도체 구조물들에서의 증대된 검사 및/또는 측정 능력들을 제공할 수 있다는 점에 본 명세서에서 유의한다. 예를 들어, 광대역 IR 방사선이 하드마스크들 및/또는 적층된 반도체 구조물들을 보다 큰 효율로 관통할 수 있다는 점에 유의한다. 이와 관련하여, 본 개시내용의 시스템들 및 방법들에 의해 생성된 광대역 IR 방사선은 적층된 반도체 구조물들(예컨대, MCD, BCD, 및 이와 유사한 것)의 표면 아래의 결함들 또는 피처들을 검사 및/또는 측정할 수 있다.
초연속체 소스들(supercontinuum sources)과 비교하여, 본 개시내용의 실시예들은 이들이 χ3 비선형성보다는 χ2 비선형성에 기초한다는 점에서 유리하다. χ2　비선형성이, 비선형성 계수가 훨씬 더 크다는 사실로 인해, χ3 비선형성보다 훨씬 더 효율적이라는 점에 본 명세서에서 유의한다. 게다가, 일부 초연속체 소스들은 (근자외선(near UV) 파장들과 같은) 비선형 물질에 의해 강하게 흡수되는 파장들을 생성하며, 이는 비선형 물질의 광흑화(photo-darkening) 및 손상을 야기한다. 그러한 초연속체 소스들은 하루 24시간 작동시키려면 비용이 많이 들 수 있는데, 그 이유는 (광결정 광섬유(photonic crystal fiber) 또는 다른 특수 광섬유와 같은) 비선형 물질이 빈번한 교체를 필요로 하기 때문이다. 초연속체 소스들은 전형적으로 상당한(수 퍼센트(multiple percent)) 펄스간(pulse-to-pulse) 출력 강도 변동들로 노이즈가 매우 많다. 본 개시내용의 조명 소스들이 초연속체 소스들보다 노이즈가 더 적다(quieter)는 점에 유의한다.
도 2a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 광대역 IR 방사선(103)을 생성하기 위한 조명 소스(200)의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다.
일 실시예에서, 조명 소스(200)는 펌프 광(101)을 생성하도록 구성된 펌프 소스(102) 및 펌프 광(101)에 응답하여 광대역 IR 방사선(103)을 생성하도록 구성된 비선형 광학(NLO) 어셈블리(104)를 포함한다.
NLO 어셈블리(104)가 본 기술분야에 공지된 임의의 수 및 유형의 광학 요소들 및 컴포넌트들을 포함할 수 있음에 유의한다. 예를 들어, NLO 어셈블리(104)는 하나 이상의 NLO 요소를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 예를 들어, NLO 어셈블리(104)는 하나 이상의 NLO 결정(NLO crystals)을 포함할 수 있다.
도 2b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 광대역 IR 방사선(103)을 생성하기 위한 조명 소스(200)의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다.
일 실시예에서, 도 2b에 묘사된 바와 같이, 조명 소스(200)는 펌프 소스(102) 및 비선형 광학(NLO) 어셈블리(104)를 포함한다. 게다가, NLO 어셈블리(104)는 하나 이상의 광학 요소(106), NLO 요소(108)(예컨대, NLO 결정), 및/또는 하나 이상의 필터(110)를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, NLO 어셈블리(104)의 NLO 요소(108)는 펌프 광(101)의 흡수에 응답하여 광대역 IR 방사선(103)을 생성한다.
펌프 소스(102)는 파장이 800nm 근방인 펌프 광(101)(예컨대, Ti-사파이어 레이저), 파장이 1μm 근방인 펌프 광(101)(예컨대, Nd:YAG, ND-바나데이트, YLF 또는 Yb-도핑된 광섬유 레이저), 파장이 1.5μm 근방인 펌프 광(101)(예컨대, Er-도핑된 광섬유 레이저), 파장이 2μm 근방인 펌프 광(101)(예컨대, Tm-도핑된 광섬유 레이저), 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 다양한 파장들의 펌프 광(101)을 생성하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프 소스(102)는 레이저를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프 소스(102)는 펄스 레이저(pulsed laser)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프 소스(102)는 약 5ps 이하의 FWHM(full-width half-maximum)을 갖는 펄스들을 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 펌프 광(101)은 하나 이상의 광학 요소(106)에 의해 수정된다. 하나 이상의 광학 요소는 하나 이상의 렌즈, 하나 이상의 미러, 하나 이상의 빔 스플리터, 하나 이상의 편광기, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 임의의 광학 요소들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 광학 요소(106)는 펌프 광(101)을 NLO 요소(108)로 지향시키도록 구성된다. 예를 들어, 펌프 광(101)은 하나 이상의 렌즈(예컨대, 하나 이상의 광학 요소(106))에 의해 NLO 요소(108) 내에서 또는 NLO 요소(108)에 근접하여 원형 또는 타원형 빔 웨이스트(beam waist)로 포커싱될 수 있다.
다른 실시예에서, NLO 요소(108)는 주기적으로 분극반전된 비선형 광학 결정을 포함한다. 예를 들어, NLO 요소(108)는 주기적으로 분극반전된 리튬 니오베이트(PPLN), 주기적으로 분극반전된 화학량론적 리튬 탄탈레이트(stoichiometric lithium tantalate, SLT), 주기적으로 분극반전된 마그네슘-도핑된 SLT, 또는 배향-패터닝된 갈륨 비화물(orientation-patterned gallium arsenide)을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, NLO 요소(108)의 주기적인 분극반전 또는 배향 패터닝은 펌프 광(101)의 파장의 2배에 가까운 파장들에 대해 준위상 매칭 조건(quasi-phase matching condition)이 존재하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, NLO 요소(108)는 IR 펌프 광(101)의 파장의 2배에 가까운 파장들에 대해 대략 제로의 군속도 분산(zero group velocity dispersion)을 가질 수 있다. 이 실시예가 NLO 요소(108)에 의해 생성된 광대역 IR 방사선(103)의 대역폭을 최대화할 수 있다는 점에 본 명세서에서 유의한다.
다른 실시예에서, 시스템(200)은 하나 이상의 필터(110)를 포함한다. 하나 이상의 필터(110)는 광대역 IR 방사선(103)의 하나 이상의 특성을 수정할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 필터(110)는 광대역 IR 방사선(103)으로부터 임의의 소비되지 않는 펌프 광(101)을 필터링할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 필터(110)는 임의의 원하지 않는 파장들을 차단하거나 광대역 IR 방사선(103)의 스펙트럼의 형상을 수정할 수 있다.
도 2c는 본 개시내용의 하나 이상의 대안의 및/또는 부가의 실시예에 따른, 광대역 IR 방사선(103)을 생성하기 위한 시스템(200)의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다. 도 2a 및 도 2b에 묘사되고 연관된 설명에 설명된 시스템(200)의 다양한 실시예들 및 컴포넌트들이, 달리 언급되지 않는 한, 도 2c로 확장되는 것으로 해석되어야 함에 유의한다.
이 실시예에서, NLO 어셈블리(104)는 하나 이상의 광학 요소(112), NLO 요소(108), 및 미러들의 세트를 포함한다. 예를 들어, 미러들의 세트는 제1 미러(114), 제2 미러(116), 제3 미러(118), 및 제4 미러(120)를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. NLO 어셈블리(104)가 광학 파라메트릭 발진기(OPO)로서 구성될 수 있음에 유의한다. 이와 관련하여, 펌프 광(101)은 OPO의 광학 캐비티(예컨대, 광학 캐비티(105)) 내로 지향될 수 있다. 다른 실시예에서, NLO 어셈블리(104)는 생성된 광대역 IR 방사선(103)을 이용하기 위한 하나 이상의 전환 요소(diverting elements)(예컨대, 다이크로익 미러(dichroic mirror)(122))를 포함한다.
본 개시내용의 많은 부분이 4개의 미러를 포함하는 광학 캐비티(105)를 논의하지만, 이것은 본 개시내용의 범위에 대한 제한으로서 간주되어서는 안된다. 다양한 수의 미러들을 갖는 광학 캐비티들이 본 기술분야에 공지되어 있으며 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 캐비티(105)는 재순환된 펌프 광(107)이 광학 캐비티(105) 내에서 재순환될 때 재순환된 펌프 광(107)을 재포커싱하기 위해 하나 이상의 곡면 미러 또는 렌즈(예컨대, 곡면 제3 미러(118), 곡면 제4 미러(120))를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 펌프 광(101)이 NLO 요소(108) 내에서 또는 NLO 요소(108)에 근접하여 원형 또는 타원형 빔 웨이스트로 포커싱되도록, 하나 이상의 광학 요소(112)(예컨대, 하나 이상의 렌즈)는 펌프 광(101)을 광학 캐비티(105)와 매칭하도록 펌프 캐비티(101) 내로 포커싱할 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 도 2b에 묘사된 NLO 요소(108)에 관한 이전의 논의가 또한 도 2c에 묘사된 NLO 요소(108)에 적용되는 것으로 간주될 수 있음에 유의한다. 이와 관련하여, 도 2c에 묘사된 NLO 요소(108)는 펌프 광(101)을 축퇴적으로 하향 변환(degenerately down convert)하기 위해 도 2b에서의 NLO 요소(108)와 유사하게 구성될 수 있다. 게다가, NLO 요소(108)는 펌프 광(101)의 흡수에 응답하여 광대역 IR 방사선(103)을 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 펌프 광(101)은 NLO 요소(108) 내의 펌프 파장(예컨대, 펌프 파장(ω))의 광의 파워 밀도를 증가시키기 위해 재순환된 펌프 광(107)으로서 NLO 요소(108)를 통해 광학 캐비티(105) 내에서 재순환될 수 있다. 펌프 파장(ω)의 광의 파워 밀도를 증가시키는 것이 NLO 요소(108) 내에서의 변환 효율을 증가시킬 수 있음에 본 명세서에서 유의한다. 바람직한 실시예에서, 광학 캐비티(105)는 NLO 요소(108)에 의해 생성된 광대역 IR 방사선(103)의 일 부분을 또한 재순환시킬 수 있다. NLO 요소(108)에 의해 생성된 광대역 IR 방사선(103)의 일 부분을 재순환시키는 것이 변환 효율을 추가로 증가시킬 수 있고 광대역 IR 방사선(103)으로 하여금 NLO 요소(108)에서 신호 및 아이들러(idler) 파장들의 유도 방출(stimulated emission)에 의해 더욱 안정되게 할 수 있음에 유의한다.
펌프 광(101)이 연속파(CW) 또는 펄스 광일 수 있음에 본 명세서에서 유의한다. 펄스 펌프 광(101)을 갖는 실시예들에서, 광학 캐비티(105)의 광학 길이는 연속적인 펄스들 사이의 간격(separation)과 매칭할 수 있다. 다른 실시예에서, 압전 트랜스듀서(piezo-electric transducer, PZT)(124)는 재순환된 펌프 광(107)과 입력 펌프 광(101) 간의 로킹(locking)을 유지하기 위해 광학 캐비티(105)의 길이를 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2c에 도시된 바와 같이, PZT(124)가 광학 캐비티(105)의 길이를 조정하기 위해 미러(예컨대, 제2 미러(116))에 부착될 수 있다. 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 본 기술분야에 공지된 임의의 로킹 스킴이 사용될 수 있음에 유의한다. 펌프 광(101)의 입력 펄스들이 상대적으로 길 때(예컨대, 수 ps일 때), 광학 캐비티(105)가 높은 기계적 및 열 안정성으로 설계되면 광학 캐비티(105) 길이의 실시간 조정이 불필요할 수 있다는 점에 추가로 유의한다. 반대로, CW 펌프 광(101)의 경우 그리고 수 ps보다 짧은 펄스들을 갖는 펄스 펌프 광(101)의 경우, NLO 요소(108)에서 높은 파워 밀도를 유지하기 위해 광학 캐비티(105)의 실시간 로킹이 바람직할 수 있음에 추가로 유의한다.
다른 실시예에서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 하나 이상의 전환 요소(122)를 포함한다. 하나 이상의 전환 요소(122)는 하나 이상의 픽오프 미러(pickoff mirrors), 하나 이상의 빔 스플리터, 하나 이상의 다이크로익 미러, 또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 전환 요소들(122)은 NLO 요소(108)에서 생성된 광대역 IR 방사선(103)의 전부 또는 대부분을 광대역 IR 방사(103)로서 광학 캐비티(105) 밖으로 지향시킨다. 예를 들어, 다이크로익 미러는 광대역 IR 방사선(103)의 약 85%를 광학 캐비티(105) 밖으로 지향시키는 데 사용되어, 작은 비율의 광이 재순환된 펌프 광(107)으로서 광학 캐비티(105) 전체에 걸쳐 재순환하도록 놔둔다. 다른 예로서, 다이크로익 미러는 광대역 IR 방사선(103)의 약 70%를 광학 캐비티(105) 밖으로 지향시킬 수 있다. 다른 예로서, 다이크로익 미러는 광대역 IR 방사선(103)의 약 95%를 광학 캐비티(105) 밖으로 지향시킬 수 있다.
도 2d는 본 개시내용의 하나 이상의 대안의 및/또는 부가의 실시예에 따른, 광대역 IR 방사선(103)을 생성하기 위한 대안의 시스템(200)의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다.
일 실시예에서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 펌프 소스(102) 및 NLO 어셈블리(104)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 펌프 소스(102)는 펌프 광(121)을 생성하도록 구성된 레이저(126), 하나 이상의 광학 요소(128), NLO 요소(130), 및/또는 하나 이상의 필터(132)를 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 다른 실시예에서, NLO 어셈블리(104)는 하나 이상의 광학 요소(134), NLO 요소(148), 하나 이상의 전환 요소(144), 및/또는 미러들의 세트를 포함하지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 미러들의 세트는 제1 미러(136), 제2 미러(138), 제3 미러(140), 및 제4 미러(142)를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. NLO 어셈블리(104)가 OPO 어셈블리를 포함할 수 있음에 유의한다. 본 명세서에서 달리 언급되지 않는 한, 도 2a 내지 도 2c에 묘사되고 연관된 설명에서 설명되는 시스템들(200)의 다양한 요소들에 관한 논의가 도 2d에 묘사된 시스템(200)의 다양한 요소들에 적용되는 것으로 또한 간주될 수 있음에 본 명세서에서 유의한다.
일 실시예에서, 도 2d에 묘사된 바와 같이, 펌프 소스(102)는 펌프 광(121)을 생성하도록 구성된 레이저(126), 하나 이상의 광학 요소(128), NLO 요소(130), 및 하나 이상의 필터(132)를 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 광학 요소(128)는 펌프 광(121)을 NLO 요소(130)로 지향시킨다. 다른 실시예에서, NLO 요소(130)는 펌프 광(121)의 흡수에 응답하여 광(123)을 생성하며, 여기서 광(123)은 둘 이상의 상이한 주파수를 포함한다. 예를 들어, NLO 요소(130)는 제1 주파수를 갖는 펌프 광(121)을 제2 주파수 및 제3 주파수를 포함하는 광(123)으로 변환할 수 있다. 다른 예로서, NLO 요소(130)는 제1 주파수를 갖는 펌프 광(121)을 광대역 광(123)으로 변환할 수 있다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 필터(132)는 펌프 광(101)을 생성하기 위해 광(123)의 하나 이상의 특성을 수정한다. 예를 들어, 하나 이상의 필터(132)는 임의의 원하지 않는 파장들의 광(123)을 차단할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 필터(132)는 광대역 광(123)의 스펙트럼의 형상을 수정할 수 있다.
레이저(126), 하나 이상의 광학 요소(128), NLO 요소(130), 및 하나 이상의 필터(132)를 포함하는 펌프 소스(102)가 펌프 광(101)의 증대된 튜닝을 가능하게 해줄 수 있다는 점에 본 명세서에서 유의한다. NLO 어셈블리(104)의 광학 캐비티(125)에 진입하는 펌프 광(101)의 증가된 튜닝 능력이 광대역 IR 방사선(103)의 증가된 튜닝 능력을 가능하게 해줄 수 있다는 점에 본 명세서에서 추가로 유의한다.
다른 실시예에서, 펌프 소스(102)는 펌프 광(101)을 NLO 어셈블리(104)로 지향시킨다. 다른 실시예에서, NLO 어셈블리(104)는 하나 이상의 광학 요소(134), NLO 요소(148), 하나 이상의 전환 요소(144), 및/또는 미러들의 세트를 포함하지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 미러들의 세트는 제1 미러(136), 제2 미러(138), 제3 미러(140), 및 제4 미러(142)를 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 게다가, 하나 이상의 전환 요소(144)는 하나 이상의 픽오프 미러, 하나 이상의 빔 스플리터, 하나 이상의 다이크로익 미러, 또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. NLO 어셈블리(104)가 OPO를 포함할 수 있음에 유의한다.
도 2e는 본 개시내용의 하나 이상의 대안의 및/또는 부가의 실시예에 따른, 광대역 IR 방사선(103)을 생성하기 위한 대안의 시스템(200)의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 펌프 소스(102) 및 NLO 어셈블리(104)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프 소스(102)는 펌프 광(151)을 생성하도록 구성된 레이저(150), 하나 이상의 광학 요소(152), NLO 요소(162), 하나 이상의 필터(166), 및/또는 미러들의 세트를 포함하지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 미러들의 세트는 제1 미러(154), 제2 미러(156), 제3 미러(158), 및 제4 미러(160)를 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 시스템(200)의 펌프 소스(102)가 제1 OPO 어셈블리를 포함할 수 있음에 유의한다.
다른 실시예에서, 시스템(200)은 NLO 어셈블리(104)를 포함할 수 있다. NLO 어셈블리(104)는 하나 이상의 광학 요소(168), NLO 요소(180), 하나 이상의 전환 요소(178), 및/또는 미러들의 세트를 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 미러들의 세트는 제1 미러(170), 제2 미러(172), 제3 미러(174), 및 제4 미러(176)를 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 도 2e에 묘사된 NLO 어셈블리(104)가 제2 OPO 어셈블리를 포함할 수 있음에 유의한다.
본 명세서에서 달리 언급되지 않는 한, 도 2a 내지 도 2d에 묘사되고 이들의 연관된 설명에서 설명되는 시스템들(200)의 다양한 요소들에 관한 논의가 도 2e에 묘사된 시스템(200)의 다양한 요소들에 적용되는 것으로 또한 간주될 수 있음에 본 명세서에서 추가로 유의한다.
본 명세서에서 이전에 언급된 바와 같이, 도 2e에 묘사된 펌프 소스(102)는 NLO 어셈블리(104)(예컨대, 제2 OPO 어셈블리)의 광학 캐비티(165) 내로 지향되는 펌프 광(101)의 증대된 튜닝 능력을 제공하여, 결과적인 광대역 IR 방사선(103)의 튜닝 능력을 증대시킬 수 있다.
도 2f는 본 개시내용의 하나 이상의 대안의 및/또는 부가의 실시예에 따른, 광대역 IR 방사선을 생성하기 위한 조명 소스(200)의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다. 달리 언급되지 않는 한, 도 2a 내지 도 2e에 묘사되고 이들의 연관된 설명에서 설명된 조명 소스(200)의 다양한 요소들에 관한 논의가 도 2f의 실시예로 확장되는 것으로 해석되어야 한다는 점에 본 명세서에서 유의한다.
일 실시예에서, 조명 소스(200)는 펌프 소스(102) 및 NLO 어셈블리(104)를 포함한다. 펌프 소스(102)가 본 기술분야에 공지된 임의의 펌프 소스를 포함할 수 있다는 점에 본 명세서에서 유의한다. 예를 들어, 펌프 소스(102)는 레이저 소스를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, 펌프 소스(102)는 펄스 레이저(예컨대, 33nJ의 선택된 펄스 에너지, 지속기간 및 주파수, 70fs 펄스 길이, 및 90MHz로, 제각기, 동작하는 1055nm Yb 레이저)를 포함할 수 있다.
NLO 어셈블리(104)는 모드 매칭 텔레스코프(mode-matching telescope)(204), 입력 커플러(210), NLO 요소(218), 및 미러들의 세트를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 미러들의 세트는 제1 미러(206), 제2 미러(208), 제1 포물면 미러(parabolic mirror)(212), 및 제2 포물면 미러(214)를 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되지 않는다. 다른 실시예에서, NLO 어셈블리는 광학 캐비티의 길이를 조정하도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트(224, 226)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴포넌트(224, 226)는 하나 이상의 압전 트랜스듀서(PZT)를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, NLO 어셈블리(104)는 출력 커플러(216)를 포함한다. 다른 실시예에서, NLO 어셈블리(104)는 제1 튜닝 미러(220) 및 제2 튜닝 미러(222)를 포함한다.
일 실시예에서, 펌프 소스(102)는 1055nm(예컨대, 약 1μm)에 중심을 둔 펄스들을 생성하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 펌프 소스(102)로부터의 조명은 모드 매칭 텔레스코프(204)로 지향된다. 다른 실시예에서, 조명은 입력 커플러(210)로 지향된다. 일 실시예에서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 입력 커플러(210)는 펌프 소스(102)(예컨대, 1μm)로부터 조명을 수용하고 1μm 및 2μm 출력 빔들을 생성한다. 다른 실시예에서, 입력 커플러(210)의 출력 빔들은 광학 캐비티를 통해 지향되고, 여기서 출력 빔들의 일 부분은 제1 포물면 미러(212) 및 제2 포물면 미러(214)를 통해 NLO 요소(218)로 지향된다. 다른 실시예에서, 1μm 및 2μm 출력 빔들은 결합되고 출력 커플러(216)를 통해 빠져나간다.
Wolf 등의 "19-nJ Five-Cycle Pulses from a 2-μm Degenerate Optical Parametric Oscillator"라는 제목의 Optical Society의 컨퍼런스 간행물은 도 2f의 실시예들을 보다 상세히 설명한다. 이 간행물은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, GaAs 광학 파라메트릭 발진기(OPO)를 사용하여 생성된 파장 출력들의 그래프(300)를 예시하고 있다. 그래프(300)는 μm 단위의 GaAs OPO의 분극반전 주기(poling period)에 대해, 3300nm의 펌프 파장을 갖는 조명으로 펌핑될 때의, GaAs OPO의 μm 단위의 생성된 출력 파장들을 디스플레이한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 3300nm의 펌프 파장을 갖는 조명은 GaAs 광학 파라메트릭 발진기(OPO)로 지향되었다. 곡선들(301, 302, 303, 및 304)은 GaAs OPO의 생성된 파장 출력들을 묘사하고 있으며, 여기서 곡선(301)은 350℃에서의 GaAs OPO의 생성된 파장 출력을 묘사하고, 곡선(302)은 250℃에서의 GaAs OPO의 생성된 파장 출력을 묘사하며, 곡선(303)은 150℃에서의 GaAs OPO의 생성된 파장 출력을 묘사하고, 곡선(304)은 50℃에서의 GaAs OPO의 생성된 파장 출력을 묘사한다. 이와 관련하여, 분극반전 주기가 온도에 반비례한다는 점에 유의한다. 게다가, 생성된 파장들이 온도에 따라 변한다는 사실로 인해, 조명 소스(200)가 온도를 변화시키는 것에 의해 튜닝될 수 있다.
대부분의 분극반전 주기들에 대해, 특정의 온도에서의 단일 분극반전 주기가 2개 이상의 출력 파장을 생성할 수 있음에 추가로 유의한다. 예를 들어, 곡선(303)을 참조하면, 166μm의 분극반전 주기에 대해, GaAs OPO는 2개의 파장: 5.0μm, 및 약 9.8μm를 생성하였다. 반대로, 곡선(303)을 또다시 참조하면, 약 167μm의 분극반전 주기에서, GaAs OPO는 약 5.5μm 내지 약 8.5μm의 넓은 스펙트럼의 출력 파장을 생성하였다. 따라서, 150℃에서 GaAs OPO에 3300nm의 펌프 파장을 갖는 조명을 지향시키는 것은 약 5.5μm 내지 약 8.5μm의 범위에 있는 파장들을 갖는 광대역 조명을 생성할 것이다. 이와 관련하여, 가장 긴 평탄한 수직 부분을 갖는 곡선(예컨대, 곡선들(301, 302, 303, 304))은 가장 넓은 스펙트럼의 출력 광대역 조명을 생성할 수 있다. 예를 들어, 곡선(303)이 곡선들(301, 302, 303, 304) 중에서 가장 긴 평탄한 수직 부분을 갖는다는 사실로 인해, 3300nm의 펌프 파장으로 펌핑될 때, GaAs OPO는 150℃에서 가장 넓은 스펙트럼의 출력 광대역 조명을 생성하였다.
도 3b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 리튬 니오베이트(LN) 광학 파라메트릭 발진기(OPO)를 사용하여 생성된 파장 출력들의 그래프(310)를 예시하고 있다. 그래프(310)는 μm 단위의 LN OPO의 분극반전 주기에 대해, 960nm의 펌프 파장으로 펌핑될 때의, LN OPO의 μm 단위의 생성된 출력 파장들을 디스플레이한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 960nm의 펌프 파장을 갖는 조명은 LN 광학 파라메트릭 발진기(OPO)로 지향되었다. 곡선들(305, 306, 307, 및 308)은 LN OPO의 생성된 파장 출력들을 묘사하고 있으며, 여기서 곡선(305)은 350℃에서의 LN OPO의 생성된 파장 출력을 묘사하고, 곡선(306)은 250℃에서의 LN OPO의 생성된 파장 출력을 묘사하며, 곡선(307)은 150℃에서의 LN OPO의 생성된 파장 출력을 묘사하고, 곡선(308)은 50℃에서의 LN OPO의 생성된 파장 출력을 묘사한다. 이와 관련하여, 분극반전 주기가 온도에 반비례한다는 점에 유의한다. 게다가, 광대역 조명의 생성이 온도에 따라 튜닝될 수 있음에 유의한다.
그래프(300)와 유사하게, 가장 긴 평탄한 수직 부분을 갖는 그래프(310)에서의 곡선(예컨대, 곡선들(305, 306, 307, 308))은 가장 넓은 스펙트럼의 출력 광대역 조명을 생성할 수 있다. 그래프(310)를 참조하면, 곡선(306)은 가장 긴 평탄한 수직 부분을 갖는다. 따라서, 960nm의 펌프 파장으로 펌핑될 때, LN OPO는 250℃에서 가장 넓은 스펙트럼의 출력 광대역 조명을 생성하였다.
도 3c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 다양한 펌프 파장들에서 생성된 파장 출력들의 그래프(320)를 예시하고 있다. 그래프(320)는 μm 단위의 다양한 펌프 파장들로 펌핑될 때 250℃에서 PPLN OPO의, μm 단위의 생성된 출력 파장들을 디스플레이한다.
도 3a 및 도 3b에서의 그래프들(300, 310)을 참조하여 이전에 언급된 바와 같이, 평탄한 수직 부분들을 갖는 그래프(320)에서의 곡선들은 생성된 광대역 출력 조명을 나타낸다. 이와 관련하여, 가장 긴 평탄한 수직 부분을 갖는 그래프(320)의 곡선은 가장 넓은 스펙트럼의 출력 광대역 조명을 생성할 수 있다. 그래프(320)를 참조하면, 960nm의 펌프 파장을 갖는 펌프 조명을 사용하는 것이 곡선의 가장 긴 평탄한 수직 부분을 생성하고, 따라서 가장 넓은 스펙트럼의 출력 광대역 조명을 생성한다.
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 검사 및/또는 계측 시스템(400)의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다. 시스템(400)이 본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 조명 소스(200)의 다양한 실시예들 중 하나 이상을 포함할 수 있음에 유의한다. 일 실시예에서, 시스템(400)은 조명 소스(200), 조명 암(illumination arm)(403), 수집 암(collection arm)(405), 검출기(414), 및 하나 이상의 프로세서(420) 및 메모리(422)를 포함하는 제어기(418)를 포함한다.
일 실시예에서, 시스템(400)은 샘플(408)을 검사 및/또는 측정하도록 구성된다. 샘플(408)은 웨이퍼, 레티클, 포토마스크, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 임의의 샘플을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 샘플(408)은 샘플(408)의 이동을 용이하게 하기 위해 스테이지 어셈블리(412) 상에 배치된다. 스테이지(412)는 X-Y 스테이지 또는 R-θ 스테이지를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 임의의 스테이지 어셈블리(412)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 스테이지 어셈블리(412)는 샘플(408) 상에 초점을 유지하기 위해 검사 동안 샘플(408)의 높이를 조정할 수 있다.
일 실시예에서, 조명 소스(200)는, 본 명세서에 설명된 바와 같은, 시스템들(200)을 포함할 수 있다. 조명 소스(200)가 연속파(CW) 레이저에 의해 펌핑되는 광대역 IR 방사선 소스를 포함하지만, 이로 제한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 임의의 조명 소스를 포함할 수 있음에 본 명세서에서 유의한다. 다른 예로서, 조명 소스(200)는 펄스 레이저에 의해 펌핑되는 광대역 IR 방사선 소스를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 시스템(400)은 조명(401)을 샘플(408)로 지향시키도록 구성된 조명 암(403)을 포함할 수 있다. 시스템(400)의 조명 소스(200)가 암시야 배향(dark-field orientation), 명시야 배향(light-field orientation), 및 이와 유사한 것을 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 임의의 배향으로 구성될 수 있음에 유의한다.
조명 암(403)은 본 기술분야에 공지된 임의의 수 및 유형의 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조명 암(403)은 하나 이상의 광학 요소(402), 빔 스플리터(404), 및 대물 렌즈(406)를 포함한다. 이와 관련하여, 조명 암(403)은 조명 소스(200)로부터 샘플(408)의 표면 상으로 조명(401)을 포커싱하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 광학 요소(402)는 하나 이상의 미러, 하나 이상의 렌즈, 하나 이상의 편광기, 하나 이상의 빔 스플리터, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 임의의 광학 요소들을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 시스템(400)은 샘플(408)로부터 반사되거나 산란된 광을 수집하도록 구성된 수집 암(405)을 포함한다. 다른 실시예에서, 수집 암(405)은 반사되고 산란된 광을 검출기 어셈블리(414)의 센서(416)로 지향시키고 그리고/또는 포커싱할 수 있다. 센서(416) 및 검출기 어셈블리(414)가 본 기술분야에 공지된 임의의 센서 및 검출기 어셈블리를 포함할 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 센서(416)는 라인 센서(line sensor) 또는 전자-충격 라인 센서(electron-bombarded line sensor)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 검출기 어셈블리(414)는 하나 이상의 프로세서(420) 및 메모리(422)를 포함하는 제어기(418)에 통신가능하게 커플링된다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(420)는 메모리(422)에 통신가능하게 커플링될 수 있으며, 여기서 하나 이상의 프로세서(420)는 메모리(422) 상에 저장된 프로그램 명령어들의 세트를 실행하도록 구성된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(420)는 검출기 어셈블리(414)의 출력을 분석하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 프로그램 명령어들의 세트는 하나 이상의 프로세서(420)로 하여금 샘플(408)의 하나 이상의 특성을 분석하게 하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 프로그램 명령어들의 세트는 하나 이상의 프로세서(420)로 하여금 샘플(408) 및/또는 센서(416) 상에 초점을 유지하기 위해 시스템(400)의 하나 이상의 특성을 수정하게 하도록 구성된다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(420)는 조명 소스(200)로부터의 조명(401)을 샘플(408)의 표면 상으로 포커싱하기 위해 대물 렌즈(406) 또는 하나 이상의 광학 요소(402)를 조정하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 프로세서(420)는 샘플(408)의 표면으로부터 산란된 및/또는 반사된 조명을 수집하고 수집된 조명을 센서(416) 상으로 포커싱하기 위해 대물 렌즈(406) 및/또는 하나 이상의 광학 요소(410)를 조정하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 시스템(400)은 사용자 인터페이스(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 사용자 인터페이스는 디스플레이를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 시스템(400)은 높은 구조물 내에서의 검사 또는 측정을 위한 깊이 분해능을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템(400)은 수집 암(405) 또는 검출기 어셈블리(414)에 공초점 개구(confocal aperture)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(420)가 공초점 개구의 하나 이상의 특성을 조정할 수 있도록, 공초점 개구는 하나 이상의 프로세서(420)에 통신가능하게 커플링될 수 있다. 2016년 5월 12일 자로 Chuang 등에 의해 출원된, 발명의 명칭이 "Sensor With Electrically Controllable Aperture For Inspection And Metrology"인 미국 특허 출원 제15/153,543호(P4728과 P4751의 결합), 및 2015년 4월 21일 자로 Wang 등에 의해 출원된, 발명의 명칭이 "CONFOCAL LINE INSPECTION OPTICAL SYSTEM"인 미국 특허 출원 제14/691,966호(P4440, 공개 출원 제2015/0369750호)는 공초점 검사 및 계측 시스템들의 추가 세부사항들을 설명하고 있다. 이 출원들은 본 명세서에 참고로 포함된다.
검사 또는 계측 시스템(400)의 다양한 실시예들의 추가 세부사항들은 2012년 7월 9일 자로 출원된, 발명의 명칭이 "Wafer inspection system"인 미국 특허 출원 제13/554,954호, 2009년 7월 16일 자로 공개된, 발명의 명칭이 "Split field inspection system using small catadioptric objectives"인 미국 공개 특허 출원 제2009/0180176호, 2007년 1월 4일 자로 공개된, 발명의 명칭이 "Beam delivery system for laser dark-field illumination in a catadioptric optical system"인 미국 공개 특허 출원 제2007/0002465호, 1999년 12월 7일 자로 등록된, 발명의 명칭이 "Ultra-broadband UV microscope imaging system with wide range zoom capability"인 미국 특허 제5,999,310호, 2009년 4월 28일 자로 등록된, 발명의 명칭이 "Surface inspection system using laser line illumination with two dimensional imaging"인 미국 특허 제7,525,649호, Zhuang 등에 의해 2015년 2월 3일 자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/111,421호(대리인 사건 번호 P4381), 2013년 5월 9일 자로 공개된 Wang 등의, 발명의 명칭이 "Dynamically Adjustable Semiconductor Metrology System"인 미국 공개 특허 출원 제2013/0114085호, 1997년 3월 4일 자로 등록된 Piwonka-Corle 등의, 발명의 명칭이 "Focused Beam Spectroscopic Ellipsometry Method and System"인 미국 특허 제5,608,526호, 및 2001년 10월 2일 자로 등록된 Rosencwaig 등의, 발명의 명칭이 "Apparatus for Analysing Multi-Layer Thin Film Stacks on Semiconductors"인 미국 특허 제6,297,880호에 설명되어 있다, 이러한 특허들 및 특허 출원들 전부는 본 명세서에 참고로 포함된다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 검사 및/또는 계측 시스템(500)의 단순화된 개략 다이어그램을 예시하고 있다. 일 실시예에서, 시스템(500)은 본 명세서에 설명된 시스템들(200) 또는 방법들 중 하나 이상을 구현하도록 구성된 다수의 측정 및/또는 검사 서브시스템들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 시스템(500)은 빔 프로파일 타원계(Beam Profile Ellipsometer, BPE)(510), 빔 프로파일 반사계(Beam Profile Reflectometer, BPR)(512), 광대역 반사 분광계(Broadband Reflective Spectrometer, BRS)(514), 광대역 분광 타원계(Broadband Spectroscopic Ellipsometer, BSE)(518), 및 기준 타원계(502)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 6개의 광학 측정 디바이스는, 본 명세서에서 이전에 설명된 바와 같이, 레이저들(520, 590) 및 조명 소스(200)를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 겨우 3개의 광학 소스를 이용할 수 있다.
다른 실시예에서, 조합이 약 200nm 내지 약 2.5μm 이상의 스펙트럼을 커버하는 다색 빔(polychromatic beam)을 생성하도록, 조명 소스(200)는 광대역, 레이저 펌핑 플라스마 램프(broadband, laser-pumped plasma lamp) 및 광대역 IR 소스(broadband IR source)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광대역 광 소스는 광대역 IR 광 소스를 포함하고 약 1μm 내지 약 3μm 이상의 스펙트럼을 커버하는 다색 빔을 생성한다. 프로브 빔들(524, 526)은 미러(530)에 의해 반사되고, 미러(542)를 통해 샘플(504)까지 나아간다.
다른 실시예에서, 레이저(520)는 프로브 빔(524)을 생성할 수 있고, 조명 소스(102)는 (렌즈(528)에 의해 시준되고 미러(529)에 의해 프로브 빔(524)과 동일한 경로를 따라 지향되는) 프로브 빔(526)을 생성할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 레이저(520)는 670nm 근방의 파장과 같은 가시 또는 근적외선 파장의 선형 편광된 3mW 빔을 방출하는 솔리드 스테이트 레이저 다이오드일 수 있다.
일 실시예에서, 프로브 빔들(524, 526)은 하나 이상의 렌즈(532, 533)를 통해 샘플(504)의 표면 상으로 포커싱된다. 바람직한 실시예에서, 렌즈들(532, 533)은 터릿(turret)(도시되지 않음) 내에 장착되고 프로브 빔들(524, 526)의 경로 내로 교대로 이동가능하다. 렌즈들(532, 533)은 본 기술분야에 공지된 임의의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(532)는 샘플 표면에 대한 입사각들의 큰 확산(spread)을 생성하기 위해 그리고 직경이 약 1마이크로미터인 스폿 사이즈를 생성하기 위해 높은 개구수(0.90NA 정도)를 갖는 현미경 대물 렌즈일 수 있다. 직경에서. 다른 예로서, 렌즈(533)는 보다 낮은 개구수(0.1NA 내지 0.4NA 정도)를 가지며 광대역 광을 약 5μm 내지 20μm의 스폿 사이즈로 포커싱할 수 있는 반사 렌즈일 수 있다. 본 개시내용에서의 용어 "렌즈"의 사용이 미러들과 렌즈들의 조합을 포함하는 곡면 미러들 및 광학계를 포함할 수 있음에 본 명세서에서 유의한다. 본 개시내용의 일부 실시예들이 UV부터 IR까지의 스펙트럼에 걸친 파장들을 방출하는 광 소스들을 포함하기 때문에, 곡면 미러들이 광을 최소한의 색수차로 포커싱하는 데 편리하게 사용될 수 있음에 추가로 유의한다.
빔 프로파일 타원계(BPE)는, 본 명세서에 참고로 포함되는, 1993년 1월 19일 자로 등록된, 미국 특허 제5,181,080호에서 논의된다. 일 실시예에서, BPE(510)는 1/4 파장판(534), 편광기(536), 렌즈(538), 및 쿼드 센서(quad sensor)(540)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 선형 편광된 프로브 빔(524)은 렌즈(532)에 의해 샘플(504) 상으로 포커싱될 수 있다. 다른 실시예에서, 샘플(504)의 표면으로부터 반사된 광은 렌즈(532), 미러들(542, 530, 544)을 통해 위로 나아가고, 미러(546)에 의해 BPE(510) 내로 지향될 수 있다. 반사된 프로브 빔 내에서의 광선들의 위치들은 샘플(504)의 표면에 대한 특정 입사각들에 대응한다. 일 실시예에서, 1/4 파장판(534)은 빔의 편광 상태들 중 하나의 편광 상태의 위상을 90도만큼 지연(retard)시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 선형 편광기(536)는 빔의 2개의 편광 상태로 하여금 서로 간섭하게 할 수 있다. 최대 신호를 위해, 편광기(536)의 축은 1/4 파장판(534)의 고속축(fast axis) 및 저속축(slow axis)에 대해 45도의 각도로 배향될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(540)는 4개의 방사상으로 배치된 사분면을 갖는 쿼드 셀 센서(quad-cell sensor)일 수 있다. 이와 관련하여, 4개의 방사상으로 배치된 사분면 각각은 각각이 프로브 빔의 하나의 사분면을 가로채고(intercept) 그 사분면에 부딪치는 프로브 빔의 부분의 파워에 비례하는 별개의 출력 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 사분면으로부터의 출력 신호들은 하나 이상의 프로세서(548)로 송신된다. 미국 특허 제5,181,080호에서 논의된 바와 같이, 빔의 편광 상태의 변화를 모니터링하는 것에 의해, Ψ 및 Δ와 같은, 타원계측 정보(ellipsometric information)가 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 시스템(500)은 빔 프로파일 반사계(beam profile reflectometry, BPR)(512)를 포함할 수 있다. 빔 프로파일 반사계(BPR)는, 본 명세서에 참고로 포함되는, 1991년 3월 12일 자로 등록된 미국 특허 제4,999,014호에 논의되어 있다. 일 실시예에서, BPR(512)은 샘플(504)의 반사율(reflectance)을 측정하기 위해 렌즈(550), 빔 스플리터(552) 및 2개의 선형 센서 어레이(554 및 556)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 선형 편광된 프로브 빔(524)은 렌즈(532)에 의해 샘플(504) 상으로 포커싱될 수 있으며, 빔 내의 다양한 광선들은 한 범위의 입사각들로 샘플(504)의 표면에 부딪친다. 다른 실시예에서, 샘플(504) 표면으로부터 반사된 광은 렌즈(532), 미러들(542 및 530)을 통해 위로 나아가고, 미러(544)에 의해 BPR(512) 내로 지향될 수 있다. 반사된 프로브 빔 내에서의 광선들의 위치들은 샘플(504)의 표면에 대한 특정 입사각들에 대응한다. 일 실시예에서, 렌즈(550)는 빔을 2차원적으로 공간적으로 확산시킨다. 다른 실시예에서, 빔 스플리터(552)는 빔의 s 및 p 성분들을 분리시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 센서 어레이들(554 및 556)은 s 및 p 편광된 광에 관한 정보를 격리시키기 위해 서로 직교로 배향될 수 있다. 입사각들이 높을수록 광선들이 어레이들의 양단부(opposed ends)에 보다 가까이 떨어질 것이라는 점에 유의한다. 센서 어레이들(554, 556) 내의 각각의 요소로부터의 출력이 상이한 입사각들에 대응할 것이라는 점에 추가로 유의한다.
다른 실시예에서, 센서 어레이들(554, 556)은 반사된 프로브 빔에 걸친 강도를 샘플(504) 표면에 대한 입사각의 함수로서 측정할 수 있다. 센서 어레이들(554, 556)이 하나 이상의 라인 센서를 포함할 수 있다는 점에 본 명세서에서 유의한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(548)는 센서 어레이들(554, 556)의 출력을 수신하고, 다양한 유형들의 모델링 알고리즘들을 이용함으로써 이러한 각도 의존적 강도 측정들에 기초하여 박막층(508)의 두께 및 굴절률을 도출할 수 있다. 최소 제곱 피팅 루틴들(least square fitting routines)과 같은 반복 프로세스들을 사용하는 최적화 루틴들이 전형적으로 이용된다. 이러한 유형의 최적화 루틴의 일 예는 문헌 ["Multiparameter Measurements of Thin Films Using Beam-Profile Reflectivity," Fanton et al., Journal of Applied Physics, Vol. 73, No. 11, p.7035, 1993]에 설명되어 있다. 다른 예는 문헌 ["Simultaneous Measurement of Six Layers in a Silicon on Insulator Film Stack Using Spectrophotometry and Beam Profile Reflectometry," Leng et al., Journal of Applied Physics, Vol. 81, No. 8, page 3570, 1997]에 나와 있다. 이 간행물들 둘 다는 본 명세서에 참고로 포함된다.
다른 실시예에서, 시스템(500)은 광대역 반사 분광계(BRS)(514)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, BRS(514)는 다수의 파장들의 광으로 샘플(504)을 동시에 프로빙(probe)할 수 있다. 다른 실시예에서, BRS(514)는 광을 샘플(504)의 표면으로 지향시키기 위해 렌즈들(532, 533)을 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, BRS(514)는 광대역 분광계(558)를 포함할 수 있다. 광대역 분광계(558)가 본 기술분야에 공지된 임의의 광대역 분광계를 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 일 실시예에서, 광대역 분광계(558)는 렌즈(560), 개구(562), 분산 요소(dispersive element)(564), 및 센서 어레이(566)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조명 소스(200)로부터의 프로브 빔(526)은 렌즈(532)에 의해 샘플(504) 상으로 포커싱될 수 있다. 샘플(504)의 표면으로부터 반사된 광은 렌즈(532)를 통해 위로 나아가고, 미러(542)에 의해(미러(584)를 통해) 광대역 분광계(558)로 지향될 수 있다. 일 실시예에서, 렌즈(560)는, 분석할 샘플(504) 표면 상의 시야(field of view) 내의 스폿을 규정하는, 개구(562)를 통해 프로브 빔을 포커싱할 수 있다.
일 실시예에서, 분산 요소(564)(예컨대, 회절 격자, 프리즘, 홀로그램 판(holographic plate), 및 이와 유사한 것)는 파장의 함수로서 빔을 센서 어레이(566)에 포함된 개별 센서 요소들로 각도적으로 분산시킨다(angularly disperses). 상이한 센서 요소들은 프로브 빔에 포함된 상이한 파장들의 광의 광학 강도들을 측정할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 센서 어레이(566)는 라인 센서를 포함한다. 다른 실시예에서, 파장 및 입사각 둘 다의 함수로서의 동시적인 측정들이 가능하도록, 분산 요소(564)는 하나의 방향에서는 파장의 함수로서, 그리고 직교 방향에서는 샘플(504) 표면에 대한 입사각의 함수로서 광을 분산시키도록 또한 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 센서 어레이(566)는 2개 또는 3개의 스펙트럼을 동시에 수집하도록 구성된 라인 센서를 포함할 수 있으며, 각각의 스펙트럼은 상이한 입사각 범위에 대응한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(548)는 센서 어레이(566)에 의해 측정된 강도 정보를 프로세싱할 수 있다. 특정 측정을 위해 파장들의 서브세트만이 필요할 때(예컨대, 가시 파장들만이 필요한 경우), 굴절 렌즈(refractive lens)가 측정들을 위해 사용될 수 있음에 유의한다. IR 및/또는 UV가 특정 측정을 위해 필요할 때, 포커싱 렌즈(532) 대신에 반사 렌즈(533)가 사용될 수 있음에 추가로 유의한다. 일 실시예에서, 렌즈들(532, 533)을 포함하는 터릿(도시되지 않음)은 반사 렌즈(533)가 프로브 빔(526)에 정렬되도록 회전될 수 있다. 굴절 렌즈들이 실질적인 색수차 없이 넓은 범위의 파장들을 샘플 상으로 포커싱할 수 없을 수 있기 때문에 반사 렌즈(533)가 필요할 수 있다는 점에 본 명세서에서 유의한다.
일 실시예에서, 시스템(500)은 광대역 분광 타원계(broadband spectroscopic ellipsometry, BSE)(518)를 포함할 수 있다. 광대역 분광 타원계(BSE)는, 본 명세서에 참고로 포함되는, 1999년 3월 2일 자로 Aspnes 등에 등록된 미국 특허 제5,877,859호에서 논의된다. 일 실시예에서, BSE(518)는 편광기(570), 포커싱 미러(572), 시준 미러(574), 회전 보상기(rotating compensator)(576) 및 분석기(580)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 미러(582)는 프로브 빔(526)의 적어도 일부를 편광기(570)로 지향시킬 수 있고, 이는 프로브 빔(526)에 대한 알려진 편광 상태를 생성한다. 바람직한 실시예에서, 프로브 빔(526)에 대한 편광 상태는 선형 편광이다. 다른 실시예에서, 미러(572)는, 이상적으로는 샘플(504) 표면의 법선(normal)에 대해 70도 정도인, 경사각으로 샘플(504) 표면 상으로 빔을 포커싱한다. 잘 알려진 타원계측 원리들(ellipsometric principles)에 기초하여, 반사된 빔은 일반적으로, 샘플(504)의 막(508) 및 기판(506)의 조성 및 두께에 기초하여, 샘플(504)과 상호작용한 후에 혼합된 선형 및 원형 편광 상태를 가질 것이다. 다른 실시예에서, 반사된 빔은 미러(574)에 의해 시준되고, 이는 빔을 회전 보상기(576)로 지향시킨다.
다른 실시예에서, 보상기(576)는 한 쌍의 상호 직교 편광된 광학 빔 성분들 사이에 상대 위상 지연(relative phase delay)(δ)(위상 지연(phase retardation))을 유입시킨다. 다른 실시예에서, 보상기(576)는, 바람직하게는 전기 모터(578)에 의해, 빔의 전파 방향에 실질적으로 평행한 축을 중심으로 각속도(ω)로 회전된다. 다른 실시예에서, 분석기(580)는 그에 입사하는 편광 상태들을 혼합한다. 바람직한 실시예에서, 분석기(580)는 다른 선형 편광기이다. 분석기(580)에 의해 투과된 광을 측정하는 것에 의해, 반사된 프로브 빔(526)의 편광 상태가 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 미러(584)는 빔을 분광계(558)로 지향시키고, 분광계(558)는 보상기/분석기 조합을 통과하는 반사된 프로브 빔 내의 상이한 파장들의 광의 강도들을 센서(566) 상에서 동시에 측정한다. 바람직한 실시예에서, 센서(566)는 라인 센서를 포함한다. 다른 실시예에서, (미국 특허 제5,877,859호에 설명된 바와 같은) 타원계측 값들(ellipsometric values)(Ψ 및 Δ)과 같은, 샘플 특성들에 대해 풀기 위해, 하나 이상의 프로세서(548)는 센서(566)의 출력을 수신하고, 센서(566)에 의해 측정된 강도 정보를 파장 및 보상기(576)의 그의 회전축을 중심으로 한 방위각(azimuth angle)(회전각(rotational angle))의 함수로서 프로세싱한다.
일 실시예에서, 검출기(586)는 미러(546) 위쪽에 위치될 수 있고, 정렬 및 초점 목적들을 위해 샘플(504)로부터 반사된 빔들을 보기 위해 사용될 수 있다. 검출기(586)가 본 기술분야에 공지된 임의의 검출기 어셈블리를 포함할 수 있다는 점에 본 명세서에서 유의한다.
일 실시예에서, BPE(510), BPR(512), BRS(514), 및 BSE(518)를 교정(calibrate)하기 위해, 시스템(500)은 기준 샘플(504)과 함께 사용될 수 있는 파장 안정 교정 기준 타원계(wavelength stable calibration reference ellipsometer)(502)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 타원계(502)는 광 소스(590), 편광기(592), 렌즈들(594, 596), 회전 보상기(598), 분석기(503), 및 검출기(505)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 광 소스(590)는 알려진 안정된 파장 및 안정된 강도를 갖는 준단색 프로브 빔(quasi-monochromatic probe beam)(507)을 생성한다. 타원계(502)가 시스템(500) 내의 광학 측정 디바이스들을 정확하게 교정할 수 있도록, 알려진 상수 또는 측정된 값인, 빔의 파장(507)이 하나 이상의 프로세서(548)에 제공된다.
다른 실시예에서, 빔(507)은 알려진 편광 상태를 생성하기 위해 편광기(592)와 상호작용한다. 바람직한 실시예에서, 편광기(592)는 석영 로숑 프리즘(quartz Rochon prism)으로 제조된 선형 편광기이다. 그렇지만, 일반적으로, 편광이 반드시 선형일 필요도 없고, 심지어 완전할 필요도 없다는 점에 유의한다. 편광기(592)는 방해석(calcite) 또는 MgF2로 또한 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 편광기(592)의 방위각은 편광기(592)로부터 출사하는 선형 편광된 빔과 연관된 전기 벡터(electric vector)의 평면이 (빔(507)의 전파 방향 및 샘플(504) 표면에 대한 법선에 의해 정의되는) 입사 평면에 대한 알려진 각도에 있도록 배향된다. 방위각은 바람직하게 30도 정도이도록 선택되는데, 그 이유는 P 및 S 편광 성분들의 반사 강도들이 대략 평형을 이룰 때 감도가 최적화되기 때문이다. 광 소스(590)가 원하는 알려진 편광 상태를 갖는 광을 방출하는 경우 편광기(592)가 생략될 수 있다는 점에 본 명세서에서 유의한다.
일 실시예에서, 빔(507)은 렌즈(594)에 의해 경사각으로 샘플(504) 상으로 포커싱된다. 바람직한 실시예에서, 빔(507)은 샘플(504) 표면의 법선에 대해 70도 정도의 각도로 샘플(504)에 입사한다. 샘플(504) 속성들에 대한 감도가 물질의 브루스터 각(Brewster angle) 또는 준 브루스터 각(pseudo-Brewster angle) 부근에서 최대화된다는 점에 본 명세서에서 유의한다. 잘 알려진 타원계측 원리들에 기초하여, 반사된 빔은 일반적으로, 인입 빔(incoming beam)(507)의 선형 편광 상태와 비교하여, 샘플(504)과 상호작용한 후에 혼합된 선형 및 원형 편광 상태를 가질 것이다.
다른 실시예에서, 렌즈(596)는 샘플(504)로부터 빔(507)의 반사 후에 빔(507)을 시준한다. 다른 실시예에서, 빔(507)은 이어서 회전 보상기(지연기(retarder))(598)를 통과하고, 회전 보상기(598)는 한 쌍의 상호 직교 편광된 광학 빔 성분들 사이에 상대 위상 지연(δr)(위상 지연)을 유입시킨다. 위상 지연의 양은 파장, 보상기를 형성하는 데 사용된 물질의 분산 특성들, 및 보상기의 두께의 함수이다. 일 실시예에서, 보상기(598)는, 바람직하게는 전기 모터(501)에 의해, 빔(507)의 전파 방향에 실질적으로 평행한 축을 중심으로 각속도(ωr)로 회전된다. 보상기(598)가 본 기술분야에 공지된 임의의 종래의 파장판 보상기(wave-plate compensator)를 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 보상기는 결정 석영(crystal quartz)으로 이루어진 파장판 보상기를 포함할 수 있다. 보상기(598)의 두께 및 물질은 빔의 원하는 위상 지연이 유도되도록 선택될 수 있다. 전형적으로, 약 90°의 위상 지연이 편리하다.
다른 실시예에서, 빔(507)은 자신에 입사하는 편광 상태들을 혼합하는 역할을 하는 분석기(503)와 상호작용한다. 이 실시예에서, 분석기(503)는, 바람직하게는 입사 평면에 대해 45도의 방위각으로 배향된, 다른 평면 편광기이다. 그렇지만, 인입 편광 상태들을 적절히 혼합하는 역할을 하는 임의의 광학 디바이스가 분석기(503)로서 사용될 수 있음에 유의한다. 바람직한 실시예에서, 분석기(503)는 석영 로숑 또는 월라스톤(Wollaston) 프리즘이다.
보상기(598)가 (도 5에 도시된 바와 같이) 샘플(504)과 분석기(503) 사이에 위치될 수 있음에 본 명세서에서 유의한다. 대안적으로, 보상기(598)는 샘플(504)과 편광기(592) 사이에 위치될 수 있다. 편광기(592), 렌즈들(594, 596), 보상기(598), 및 분석기(503) 모두가 광 소스(590)에 의해 생성된 특정 파장의 광에 대해 그들의 구성이 최적화될 수 있으며, 이는 타원계(502)의 정확도를 최대화한다는 점에 추가로 유의한다.
다른 실시예에서, 빔(507)은 보상기/분석기 조합을 통과하는 빔의 강도를 측정하는 검출기(505)에 진입할 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(548)는, 분석기(503)와 상호작용한 후의 광의 편광 상태, 따라서 샘플(504)의 타원계측 파라미터들을 결정하기 위해, 검출기(505)에 의해 측정된 강도 정보를 프로세싱한다. 이러한 정보 프로세싱은 보상기의 회전축을 중심으로 한 보상기의 방위각(회전각)의 함수로서 빔 강도를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 보상기 회전각의 함수로서의 강도의 이러한 측정은 사실상 시간의 함수인 빔(507)의 강도의 측정인데, 그 이유는 보상기 각속도가 보통 알려져 있고 일정하기 때문이다.
2001년 10월 2일 자로 Rosencwaig 등에게 등록되고 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제6,297,880호는 계측 시스템(500)을 더욱 상세히 설명한다. 2002년 8월 6일 자로 Opsal 등에게 등록되고 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제6,429,943호는 산란계측 측정들(scatterometry measurements)을 위해 계측 시스템(500)이 어떻게 사용될 수 있는지를 설명한다. 1997년 3월 4일 자로 Piwonka-Corle 등에게 등록되고 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제5,608,526호는 분광 타원계 및 분광광도계(spectrophotometer)를 포함하는 계측 시스템(500)의 대안의 실시예를 설명한다. 분광 타원계 및 분광광도계 중 어느 하나 또는 둘 다는 본 명세서에 설명된 광대역 IR 광 소스를 포함할 수 있고 본 명세서에 설명된 샘플을 측정하는 방법들에서 사용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2e, 도 4, 및 도 5에 예시된 시스템들(200, 400, 500)의 실시예들은 본 명세서에 설명된 바와 같이 추가로 구성될 수 있다. 그에 부가하여, 시스템들(200, 400, 500)은 본 명세서에 설명된 방법 실시예(들) 중 임의의 방법 실시예의 임의의 다른 단계(들)를 수행하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 광대역 적외선 방사선을 생성하기 위한 방법(600)의 흐름 다이어그램을 예시하고 있다. 방법(600)의 단계들이 전부 또는 부분적으로 시스템들(200, 400, 500)에 의해 구현될 수 있음에 본 명세서에서 유의해야 한다. 그렇지만, 부가의 또는 대안의 시스템 레벨 실시예들이 방법(600)의 단계들의 전부 또는 일부를 수행할 수 있다는 점에서 방법(600)이 시스템들(200, 400, 500)로 제한되지 않는다는 것이 추가로 인식된다.
단계(602)에서, 선택된 파장의 펌프 광이 생성된다. 일 실시예에서, 펌프 소스(102)는 파장이 800nm 근방인 펌프 광(101)(예컨대, Ti-사파이어 레이저), 파장이 1μm 근방인 펌프 광(101)(예컨대, Nd:YAG, ND-바나데이트, YLF 또는 Yb-도핑된 광섬유 레이저), 파장이 1.5μm 근방인 펌프 광(101)(예컨대, Er-도핑된 광섬유 레이저), 파장이 2μm 근방인 펌프 광(101)(예컨대, Tm-도핑된 광섬유 레이저), 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 다양한 파장들의 펌프 광(101)을 생성하도록 구성된다.
단계(604)에서, 펌프 광은, 펌프 광에 응답하여 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성된 비선형 광학(NLO) 어셈블리로 지향된다. 예를 들어, NLO 어셈블리(104)는 하나 이상의 광학 요소(106), NLO 요소(108), 및 하나 이상의 필터(110)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, NLO 어셈블리(104)는 NLO 요소(108), 하나 이상의 광학 요소(112), 빔 스플리터(120), 및 미러들의 세트를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, NLO 어셈블리(104)는 OPO를 포함할 수 있다. 주어진 예들이 본 개시내용의 실시예들을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 점에 유의한다.
단계(606)에서, IR 방사선은 대물 렌즈로 지향된다. 단계(608)에서, IR 방사선은 샘플 상으로 포커싱된다. 샘플(408)은 웨이퍼, 레티클, 포토마스크, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 임의의 샘플을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 샘플(408)은 적층된 반도체 구조물(100)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 샘플(408)은 샘플(408)의 이동을 용이하게 하기 위해 스테이지 어셈블리(412) 상에 배치될 수 있다. 스테이지(412)는 X-Y 스테이지 또는 R-θ 스테이지를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 임의의 스테이지 어셈블리(412)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 스테이지 어셈블리(412)는 샘플(408) 상에 초점을 유지하기 위해 검사 동안 샘플(408)의 높이를 조정할 수 있을 수 있다.
단계(610)에서, 샘플로부터 반사되거나 산란된 IR 방사선의 일 부분이 검출기 어셈블리로 지향된다. 예를 들어, 수집 암(405)은 반사된 및/또는 산란된 IR 방사선을 검출기 어셈블리(414)의 센서(416)로 지향시키도록 구성된 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 센서(416) 및 검출기 어셈블리(414)가 본 기술분야에 공지된 임의의 센서 및 검출기 어셈블리를 포함할 수 있음이 주목된다. 예를 들어, 센서(416)는 라인 센서 또는 전자-충격 라인 센서를 포함할 수 있다.
단계(612)에서, 검출기 어셈블리에 의해 검출된 IR 방사선의 부분으로부터 샘플의 특성이 결정된다.
본 개시내용의 하나 이상의 프로세서(420, 548)는 본 기술분야에 공지된 임의의 하나 이상의 프로세싱 요소를 포함할 수 있다. 이러한 의미에서, 하나 이상의 프로세서(420, 548)는 소프트웨어 알고리즘들 및/또는 명령어들을 실행하도록 구성된 임의의 마이크로프로세서형 디바이스(microprocessor-type device)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(420, 548)는, 본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 바와 같이, 시스템들(200, 400, 500)을 작동시키도록 구성된 프로그램을 실행하도록 구성된 데스크톱 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 다른 컴퓨터 시스템(예컨대, 네트워크화된 컴퓨터)으로 이루어져 있을 수 있다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 단계들이 단일 컴퓨터 시스템 또는, 대안적으로, 다수의 컴퓨터 시스템들에 의해 수행될 수 있음이 인식되어야 한다. 일반적으로, 용어 "프로세서"는 비일시적 메모리 매체(422)로부터의 프로그램 명령어들을 실행하는, 하나 이상의 프로세싱 요소를 갖는 임의의 디바이스를 포괄하도록 광의적으로 정의될 수 있다. 더욱이, 개시된 다양한 시스템들의 상이한 서브시스템들은 본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 단계들의 적어도 일 부분을 수행하기에 적당한 프로세서 또는 로직 요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 설명은 본 개시내용에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며 단지 예시로서 해석되어야 한다.
메모리 매체(422)는 연관된 하나 이상의 프로세서(420)에 의해 실행가능한 프로그램 명령어들을 저장하기에 적당한 본 기술분야에 공지된 임의의 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리 매체(422)는 비일시적 메모리 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리 매체(422)는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 메모리 디바이스(예컨대, 디스크), 자기 테이프, 솔리드 스테이트 드라이브, 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 메모리(422)는 본 명세서에서 설명된 다양한 단계들의 하나 이상의 결과 및/또는 출력을 저장하도록 구성된다. 메모리(422)가 하나 이상의 프로세서(420)와 함께 공통 제어기 하우징 내에 하우징될 수 있음에 추가로 유의한다. 대안의 실시예에서, 메모리(422)는 프로세서들(420)의 물리적 위치에 대해 원격으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(420)는, 네트워크(예컨대, 인터넷, 인트라넷, 및 이와 유사한 것)를 통해 액세스가능한, 원격 메모리(예컨대, 서버)에 액세스할 수 있다. 다른 실시예에서, 메모리 매체(422)는 하나 이상의 프로세서(420)로 하여금 본 개시내용을 통해 설명된 다양한 단계들을 수행하게 하기 위한 프로그램 명령어들을 유지한다.
다른 실시예에서, 시스템들(200, 400, 500)은 사용자 인터페이스(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 인터페이스는 하나 이상의 프로세서(420, 548)에 통신가능하게 커플링된다. 다른 실시예에서, 사용자 인터페이스 디바이스는 사용자로부터 선택들 및/또는 지시들을 수용(accept)하기 위해 이용될 수 있다. 본 명세서에 추가로 설명되는, 일부 실시예들에서, 디스플레이는 데이터를 사용자에게 디스플레이하는 데 사용될 수 있다. 차례로, 사용자는 디스플레이 디바이스를 통해 사용자에게 디스플레이된 데이터에 응답하여 선택 및/또는 지시들(예컨대, 필터 박스의 선택, 사이즈 결정(sizing) 및/또는 위치)을 입력할 수 있다.
사용자 인터페이스 디바이스는 본 기술분야에 공지된 임의의 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 키보드, 키패드, 터치스크린, 레버(lever), 노브(knob), 스크롤 휠, 트랙 볼, 스위치, 다이얼, 슬라이딩 바, 스크롤 바, 슬라이드, 핸들, 터치 패드, 패들(paddle), 스티어링 휠, 조이스틱, 베젤 장착된 입력 디바이스(bezel mounted input device), 또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 터치스크린 인터페이스 디바이스의 경우에, 본 기술분야의 통상의 기술자는 많은 수의 터치스크린 인터페이스 디바이스들이 본 발명에서의 구현에 적당할 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스는, 용량성 터치스크린, 저항성 터치스크린, 표면 음향 기반 터치스크린, 적외선 기반 터치스크린, 또는 이와 유사한 것과 같은, 그러나 이들로 제한되지 않는, 터치스크린 인터페이스와 통합될 수 있다. 일반적인 의미에서, 디스플레이 디바이스의 디스플레이 부분과 통합될 수 있는 임의의 터치스크린 인터페이스는 본 개시내용의 구현에 적당하다.
디스플레이 디바이스는 본 기술분야에 공지된 임의의 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 디스플레이 디바이스는 LCD(liquid crystal display), OLED(organic light-emitting diode) 기반 디스플레이 또는 CRT 디스플레이를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 각종의 디스플레이 디바이스들이 본 개시내용에서의 구현에 적당할 수 있다는 것과, 디스플레이 디바이스의 특정의 선택이, 폼 팩터, 비용, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 각종의 인자들에 의존할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 일반적인 의미에서, 사용자 인터페이스 디바이스(예컨대, 터치스크린, 베젤 장착된 인터페이스, 키보드, 마우스, 트랙패드, 및 이와 유사한 것)와 통합될 수 있는 임의의 디스플레이 디바이스가 본 개시내용에서의 구현에 적당하다.
일부 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은, 시스템들(200, 400, 500)은 "독립형 툴(stand alone tool)" 또는 프로세스 툴에 물리적으로 커플링되지 않은 툴로서 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러한 검사 또는 계측 시스템은 유선 및/또는 무선 부분들을 포함할 수 있는, 전송 매체에 의해 프로세스 툴(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다. 프로세스 툴은 리소그래피 툴, 에칭 툴, 퇴적 툴, 폴리싱 툴, 도금 툴, 세정 툴, 또는 이온 주입 툴과 같은 본 기술분야에 공지된 임의의 프로세스 툴을 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 시스템들에 의해 수행되는 검사 또는 측정의 결과들은 피드백 제어 기술, 피드포워드 제어 기술, 및/또는 인시츄 제어 기술(in situ control technique)을 사용하여 프로세스 또는 프로세스 툴의 파라미터를 변경하는 데 사용될 수 있다. 프로세스 또는 프로세스 툴의 파라미터는 수동으로 또는 자동으로 변경될 수 있다.
본 명세서에 설명된 주제는 때로는 다른 컴포넌트들 내에 포함되거나 다른 컴포넌트들과 접속되는 상이한 컴포넌트들을 예시하고 있다. 그러한 묘사된 아키텍처들이 단지 예시적인 것이라는 것과, 실제로, 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍처들이 구현될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 개념적 의미에서, 동일한 기능을 달성하기 위한 컴포넌트들의 임의의 배열은 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관"된다. 따라서, 특정의 기능을 달성하도록 조합되는 본 명세서에서의 임의의 2개의 컴포넌트는, 아키텍처들 또는 매개 컴포넌트들(intermedial components)과 상관없이, 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관"되는 것으로 보일 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관된 임의의 2개의 컴포넌트는 원하는 기능을 달성하도록 서로 "접속된(connected)" 또는 "커플링된(coupled)" 것으로 또한 보일 수 있고, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 컴포넌트는 원하는 기능을 달성하도록 서로 "커플링가능한(couplable)" 것으로 또한 보일 수 있다. 커플링가능한의 특정 예들은 물리적으로 결합가능한(physically mateable) 및/또는 물리적으로 상호작용하는 컴포넌트들 및/또는 무선으로 상호작용가능한 및/또는 무선으로 상호작용하는 컴포넌트들 및/또는 논리적으로 상호작용하는 및/또는 논리적으로 상호작용가능한 컴포넌트들을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.
게다가, 본 발명이 첨부된 청구항들에 의해 한정된다는 것이 이해되어야 한다. 일반적으로, 본 명세서에서 그리고 특히 첨부된 청구항들(예컨대, 첨부된 청구항들의 본문들)에서 사용되는 용어들이 일반적으로 "개방형(open)" 용어들로서 의도된다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다(예컨대, 용어 "포함하는(including)"은 "포함하지만 이들로 제한되지 않는(including but not limited to)"으로서 해석되어야 하고, 용어 "가지는(having)"은 "적어도 가지는(having at least)"으로서 해석되어야 하며, 용어 "포함한다(includes)"는 "포함하지만 이들로 제한되지 않는다(includes but is not limited to)"로서 해석되어야 하고, 기타 등등이 있다). 도입 청구항 열거(introduced claim recitation)의 특정 번호가 의도되는 경우, 그러한 의도가 청구항에서 명시적으로 열거될 것이며, 그러한 열거가 없는 경우, 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 이해에 대한 보조수단으로서, 하기의 첨부된 청구항들은 청구항 열거들을 도입하기 위해 "적어도 하나" 및 "하나 이상"이라는 도입 문구들의 사용을 포함할 수 있다. 그렇지만, 동일한 청구항이 도입 문구들 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 "a" 또는 "an"과 같은 부정 관사들(예컨대, "a" 및/또는 "an"은 전형적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 함)을 포함할 때에도, 그러한 문구들의 사용은 부정관사들 "a" 또는 "an"에 의한 청구항 열거의 도입이 그러한 도입 청구항 열거를 포함하는 임의의 특정의 청구항을 단지 하나의 그러한 열거를 포함하는 발명들로 제한한다는 것을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 되며; 청구항 열거들을 도입하는 데 사용되는 정관사들의 사용에 대해서도 마찬가지이다. 그에 부가하여, 도입 청구항 열거의 특정 번호가 명시적으로 열거되더라도, 본 기술분야의 통상의 기술자는 그러한 열거가 전형적으로 적어도 열거된 번호를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다(예컨대, 다른 수식어들을 갖지 않는 "2개의 열거"의 단순 열거(bare recitation)는 전형적으로 적어도 2개의 열거 또는 2개 이상의 열거를 의미한다). 게다가, "A, B, 및 C 등 중 적어도 하나"와 유사한 관습적 표현(convention)이 사용되는 그 인스턴스들에서, 일반적으로, 그러한 구조(construction)는 본 기술분야의 통상의 기술자가 관습적 표현을 이해하는 의미로 의도된다(예컨대, "A, B, 및 C 중 적어도 하나를 가지는 시스템"은 A만을, B만을, C만을, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께, 그리고/또는 A, B, 및 C를 함께, 기타를 가지는 시스템들을 포함하지만 이들로 제한되지 않을 것이다). "A, B, 또는 C 등 중 적어도 하나"와 유사한 관습적 표현이 사용되는 그 인스턴스들에서, 일반적으로, 그러한 구조는 본 기술분야의 통상의 기술자가 관습적 표현을 이해하는 의미로 의도된다(예컨대, "A, B, 또는 C 중 적어도 하나를 가지는 시스템"은 A만을, B만을, C만을, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께, 그리고/또는 A, B, 및 C를 함께, 기타를 가지는 시스템들을 포함하지만 이들로 제한되지 않을 것이다). 설명에서든, 청구항들에서든, 또는 도면들에서든 간에, 2개 이상의 대안적 용어를 제시하는 거의 모든 이접 접속어(disjunctive word) 및/또는 이접 접속구(disjunctive phrase)가 용어들 중 하나, 용어들 중 어느 하나, 또는 용어들 모두를 포함하는 가능성들을 고려하도록 이해되어야 한다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성들을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본 개시내용 및 그의 부수적 장점들 중 다수가 전술한 설명에 의해 이해될 것이고, 개시된 주제를 벗어나지 않으면서 또는 그의 실질적 장점들 전부를 희생시키지 않으면서 컴포넌트들의 형태, 구조 및 배열에 다양한 변경들이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 설명된 형태는 단지 설명적인 것이며, 하기의 청구항들의 의도는 그러한 변경들을 포괄하고 포함하는 것이다. 게다가, 본 발명이 첨부된 청구항들에 의해 한정된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (25)

  1. 시스템으로서,
    조명 소스 - 상기 조명 소스는 광대역 광 소스 어셈블리를 포함하고, 상기 광대역 광 소스 어셈블리는,
    선택된 파장의 펌프 광을 생성하도록 구성된 펌프 소스; 및
    상기 펌프 소스에 의해 생성된 상기 펌프 광에 응답하여 광대역 적외선(infrared, IR) 방사선을 생성하도록 구성된 비선형 광학(nonlinear optical, NLO) 어셈블리로서, 적어도 1.5μm의 FWHM(full-width half maximum) 대역폭을 포함하는 상기 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성되는 비선형 광학 결정을 포함하는, NLO 어셈블리
    를 포함함 - ;
    검출기 어셈블리;
    상기 IR 방사선을, 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑으로 지향시키도록 구성된 광학계 세트(set of optics) - 상기 광학계 세트는 또한, 상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑의 상기 적층된 반도체 구조물의 하나 이상의 부분으로부터의 상기 IR 방사선의 일 부분을 상기 검출기 어셈블리의 하나 이상의 센서로 지향시키도록 구성됨 - ; 및
    상기 검출기 어셈블리의 하나 이상의 센서에 통신가능하게 커플링된 제어기 - 상기 제어기는, 메모리에 저장된 프로그램 명령어 세트를 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함함 -
    를 포함하며, 상기 프로그램 명령어 세트는, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑의 상기 적층된 반도체 구조물의 하나 이상의 부분으로부터의 IR 방사선을 나타내는, 상기 검출기 어셈블리의 하나 이상의 센서로부터의 하나 이상의 신호를 수신하게 하고;
    상기 수신된 하나 이상의 신호에 기초하여, 상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 아래에 위치된 피처의 중간 임계 치수와 하부 임계 치수 중 적어도 하나를 특성화하게 하도록
    구성되는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펌프 소스는 레이저를 포함하고, 상기 NLO 어셈블리는 NLO 결정(crystal) 및 하나 이상의 광학 요소를 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 펌프 소스는 레이저를 포함하고, 상기 NLO 어셈블리는 광학 파라메트릭 발진기(optical parametric oscillator, OPO) 어셈블리를 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 펌프 소스는 레이저, NLO 결정, 및 하나 이상의 광학 요소를 포함하고, 상기 NLO 어셈블리는 광학 파라메트릭 발진기(OPO) 어셈블리를 포함하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 펌프 소스는 레이저 및 제1 광학 파라메트릭 발진기(OPO) 어셈블리를 포함하고, 상기 NLO 어셈블리는 제2 OPO 어셈블리를 포함하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 NLO 어셈블리는, 상기 펌프 소스의 기본 파장의 2배의 파장에 중심을 둔 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성되는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 NLO 어셈블리는, 1μm 내지 3μm의 파장 범위를 포함하는 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성되는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 NLO 어셈블리는, 2μm 내지 5μm의 파장 범위를 포함하는 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성되는, 시스템.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 NLO 어셈블리는, 적어도 3μm의 FWHM 대역폭을 포함하는 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성되는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 NLO 어셈블리는, 주기적으로 분극반전된 리튬 니오베이트(periodically poled lithium niobate, PPLN), 화학량론적 리튬 탄탈레이트(stoichiometric lithium tantalate, SLT), 마그네슘 도핑된 SLT, 및 배향 패터닝된 갈륨 비화물(orientation-patterned gallium arsenide) 중 하나를 포함하는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광학계 세트는 또한, 편광된 IR 방사선을, 상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑으로 지향시키도록 구성되는, 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 펌프 소스는, 3.3μm의 파장을 갖는 펌프 광을 생성하도록 구성되고, 상기 NLO 어셈블리는 GaAs 광학 파라메트릭 발진기(OPO) 어셈블리를 포함하는, 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 펌프 소스는, 960nm의 파장을 갖는 펌프 광을 생성하도록 구성되고, 상기 NLO 어셈블리는 PPLN 광학 파라메트릭 발진기(OPO) 어셈블리를 포함하는, 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 광학계 세트는 또한, 상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑의 상기 적층된 반도체 구조물의 하나 이상의 부분으로부터 반사되거나 산란된 IR 방사선의 편광 상태를 수집하고 분석하도록 구성되는, 시스템.
  16. 방법으로서,
    선택된 파장의 펌프 광을 생성하는 단계;
    상기 펌프 광을, 상기 펌프 광에 응답하여 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성된 비선형 광학(NLO) 어셈블리로 지향시키는 단계 - 상기 NLO 어셈블리는 적어도 1.5μm의 FWHM(full-width half maximum) 대역폭을 포함하는 상기 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성되는 비선형 광학 결정을 포함함 -;
    상기 IR 방사선을, 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑으로 지향시키고 포커싱하는 단계;
    상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑의 상기 적층된 반도체 구조물의 하나 이상의 부분으로부터 반사되거나 산란된 상기 IR 방사선의 일 부분을 검출기 어셈블리로 지향시키는 단계; 및
    상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑의 상기 적층된 반도체 구조물의 하나 이상의 부분으로부터 반사되거나 산란된 상기 IR 방사선에 기초하여, 상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 아래에 위치된 피처의 중간 임계 치수와 하부 임계 치수 중 적어도 하나를 특성화하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 광대역 IR 방사선을 생성하는 것은, 1μm 내지 3μm의 스펙트럼 범위를 갖는 방사선을 생성하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 광대역 IR 방사선을 생성하는 것은, 2μm 내지 5μm의 스펙트럼 범위를 갖는 방사선을 생성하는, 방법.
  19. 삭제
  20. 제16항에 있어서, 상기 NLO 어셈블리는, 적어도 3μm의 FWHM 대역폭을 포함하는 광대역 IR 방사선을 생성하도록 구성되는, 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 NLO 어셈블리는 NLO 결정을 포함하고, 상기 NLO 결정은, 주기적으로 분극반전된 리튬 니오베이트(PPLN), 화학량론적 리튬 탄탈레이트(SLT), 마그네슘 도핑된 SLT, 및 배향 패터닝된 갈륨 비화물 중 하나를 포함하는, 방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 포커싱하는 것은, 편광된 IR 방사선을, 상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 밑으로 포커싱하는, 방법.
  23. 제16항에 있어서, 상기 적층된 반도체 구조물의 상부 표면 아래에 위치된 피처의 중간 임계 치수와 하부 임계 치수 중 적어도 하나를 특성화하는 단계는, 상기 IR 방사선의 편광 상태를 분석하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제16항에 있어서, 상기 선택된 파장의 펌프 광을 생성하는 단계는,
    3.3μm의 파장을 갖는 펌프 광을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 NLO 어셈블리는 GaAs 광학 파라메트릭 발진기(OPO) 어셈블리를 포함하는, 방법
  25. 제16항에 있어서, 상기 선택된 파장의 펌프 광을 생성하는 단계는,
    960nm의 파장을 갖는 펌프 광을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 NLO 어셈블리는 PPLN 광학 파라메트릭 발진기(OPO) 어셈블리를 포함하는, 방법.
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