KR20050114615A - 비공초점, 공초점 및 간섭 공초점 현미경 검사시 기판-매질계면에서의 굴절률 불일치 효과 보상 - Google Patents

비공초점, 공초점 및 간섭 공초점 현미경 검사시 기판-매질계면에서의 굴절률 불일치 효과 보상 Download PDF

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제테틱 인스티튜트
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Abstract

매질 중에 있는 대상물 내의 위치를 간섭 측정하기 위한 간섭 현미경으로서, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이에는 불일치가 있으며, 상기 간섭 현미경은, 입사빔을 발생시키는 소스와; 상기 입사빔을 받아들여 그로부터 측정 빔을 발생시키며, 상익 측정 빔을 상기 대상물 내의 선택된 스폿 위로 초점을 맞추어 그 선택된 스폿에 대하여 복귀 측정 빔을 생성하고, 상기 복귀 측정 빔과 기준 빔을 합쳐 간섭 빔을 생성하도록 구성되는 간섭계와; 상기 간섭 빔을 받아들이도록 배치되는 검출기 시스템을 포함하고, 상기 복귀 측정 빔은 상기 대상물로부터 상기 검출기 시스템까지의 경로를 따라 진행하며, 상기 간섭계는 상기 복귀 측정 빔의 경로 중에 위치하는 보상 재료층을 포함하고, 상기 보상 재료층은 상기 복귀 측정 빔의 경로를 따라 굴절률의 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상한다.

Description

비공초점, 공초점 및 간섭 공초점 현미경 검사시 기판-매질 계면에서의 굴절률 불일치 효과 보상{COMPENSATION FOR EFFECTS OF MISMATCH IN INDICES OF REFRACTION AT A SUBSTRATE-MEDIUM INTERFACE IN NON-CONFOCAL, CONFOCAL, AND INTERFEROMETRIC CONFOCAL MICROSCOPY}
본 출원은 2003년 2월 4일에 출원된 미국 가출원 번호 제60/444,707호의 권리를 주장한다.
본 발명은 공초점 및 비(非)공초점 현미경 검사(confocal and non-confocal microscopy)에 관한 것이다.
현미경 검사 분야에서, 해당 매질/기판 계면에서 굴절률의 불일치가 존재하는 경우, 상기 기판 내의 특정 깊이에 있는 소정 부분을 이미지화하기 위해 특별히 설계된 현미경이 종종 사용된다. 상기 현미경은 상기 특정 깊이에 있는 기판의 소정 부분을 이미지화할 때에 사용하도록 보상되고, 특정의 기판 굴절률에 대해 보상된다. 이러한 접근법을 이용하는 경우, 상이한 깊이들 및 상이한 기판 굴절률들을 검사하기 위하여, 상기 기판 내의 깊이 및 기판 굴절률들의 어레이에 대응하는 현미경 구조 어레이를 이용하여야 한다.
도 1a는 반사 굴절 이미징 시스템을 이용하는 간섭 이미징 시스템의 개략도이다.
도 1b는 반사 굴절 이미징 시스템의 개략도이다.
도 1c는 핀홀 어레이 빔-분할기의 개략도이다.
도 1d는 2-주파수 발생기 및 주파수-변환기로 동작하도록 구성된 빔-컨디셔너의 개략도이다.
도 2는 이미지화되는 기판의 굴절률과 인접 매질의 굴절률 사이의 불일치에 의해 발생되는 수차의 보상 개략도이다.
비공초점, 공초점 및 간섭 공초점 현미경 검사시, 검사 중의 기판과 공기 또는 다른 몇몇 매질의 계면에서의 굴절률 불일치 효과를 보상하는 장치 및 방법이 개시된다. 이러한 보상은 UV 및 VUV를 포함하는 파장, 수 미크론 이상의 기판 내의 깊이에 대하여, 회절 제한식(diffraction limited) 측방향 및 종방향 깊이 해상도를 얻기에 충분하다. 상기 보상 기술은, 비공초점 현미경의 결상 공간(image space), 공초점 및 간섭 공초점 현미경의 공초점 핀홀 대상물 공간(confocal pinhole object space) 및 결상 공간에 저굴절률의 박층을 도입하는 것을 포함한다. 기판에 대한 굴절률 값의 범위 및/또는 기판 내의 깊이 범위를 커버하기 위해, 상이한 두께 및/또는 상이한 저굴절률값을 포함하는 박층들의 세트가 필요할 수 있다. 상기 상이한 보상 세트는, 굴절률이 측방향 및/또는 종방향으로 등방성이 아닌 기판 및 상이한 깊이에 대하여 기판의 회절 제한 이미지가 단일 현미경 검사 시스템에 의해 획득될 수 있도록 현미경 검사 시스템에서 박층들의 측방향 어레이에 동시에 합체될 수 있다. 핀홀-어레이 빔-분할기를 포함하는 공초점 및 간섭 비공초점 현미경에 대하여, 저굴절률의 박층 세트의 단일 어레이가 상기 핀홀-어레이 빔-분할기에 또는 그 부근에 도입된다.
일반적으로, 한 가지 양태에 있어서, 본 발명은 매질 중에 있는 대상물 내의 위치를 간섭 측정하기 위한 간섭 현미경을 특징으로 하는데, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이에는 불일치가 있다. 상기 현미경은 입사빔을 발생시키는 소스와; 상기 입사빔을 받아들여 그로부터 측정 빔을 발생시키고, 상기 측정 빔을 상기 대상물 내의 선택된 스폿 위로 초점을 맞추어 그 선택된 스폿에 대하여 복귀 측정 빔을 생성하며, 상기 복귀 측정 빔과 기준 빔을 결합하여 간섭 빔을 생성하도록 구성되는 간섭계와; 상기 간섭 빔을 받아들이도록 배치되는 검출기 시스템을 포함한다. 상기 복귀 측정 빔은 상기 대상물로부터 상기 검출기 시스템까지의 경로를 따라 진행하고, 상기 간섭계는 상기 복귀 측정 빔의 경로 중에 위치하는 보상 재료층을 포함하며, 상기 보상 재료층은 상기 복귀 측정 빔의 경로를 따라 굴절률의 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상한다.
다른 실시예는 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함한다. 상기 간섭 현미경은 공초점 간섭 현미경이고, 상기 간섭계는 상기 검출기 앞에 위치하는 플레이트를 포함하며, 상기 플레이트는 상기 복귀 측정 빔이 통과하는 핀홀을 형성하며, 상기 보상 재료층은 상기 플레이트 앞에 상기 복귀 측정 빔의 경로를 따라 배치된다. 상기 보상 재료층은 상기 플레이트 바로 부근에 위치한다. 상기 간섭계는 상기 간섭계에 의해 상기 선택된 층 위로 이미지화되는 핀홀을 형성하는 플레이트를 더 포함하며, 상기 간섭계는 상기 제2 플레이트 부근에 위치하는 보상 재료층을 포함하는데, 이 보상 재료층은 상기 제2 핀홀로부터 상기 대상물까지의 빔 경로를 따라 굴절률 불일치를 생성하도록 배치되어, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상한다. 상기 제1 및 제2 플레이트는 동일한 플레이트이고, 상기 제1 및 제2 핀홀은 동일한 핀홀이며, 상기 제1 및 제2 보상 재료층은 동일한 보상 재료층이다.
다른 실시예는 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함한다. 상기 플레이트는 핀홀들의 어레이를 포함하는데, 상기 제1 핀홀은 상기 핀홀 어레이의 핀홀들 중 하나이다. 상기 대상물의 굴절률은 n0이고, 상기 대상물 바로 위의 매질의 굴절률은 nm이며, 상기 보상 재료층의 굴절률은 nc이고, 상기 복귀 측점 빔이 상기 보상 재료층에 도달하기 직전에 통과하는 매질의 굴절률은 nr이며, n0>nm이고, nc<nr이다. 또는 별법으로서, 상기 보상 재료층은 상기 대상물 내에 회절 제한식 측방향 및 종방향 깊이 해상도를 얻기에 충분한 보상을 제공한다. 상기 보상 재료층은 다른 보상 재료층으로 대체될 수 있도록 바로 제거 가능하다. 상기 매질은 공기이다.
일반적으로, 다른 양태에 있어서, 본 발명은 매질 중에 있는 대상물 내의 위치를 간섭 측정하기 위한 공초점 간섭계 시스템을 특징으로 하는데, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이에는 불일치가 있다. 상기 시스템은, 소스 빔을 받아들여 그 소스 빔을 핀홀의 일측부 상의 기준 빔과 핀홀의 타측부 상의 측정 빔으로 분할하도록 배치되는 핀홀을 형성하는 플레이트와; 상기 핀홀을 상기 대상물 내의 스폿 위로 이미지화하여, 상기 측정 빔은 상기 스폿으로 향하게 되고 상기 스폿에 대해 복귀 측정 빔을 생성하게 되는 이미징 시스템으로서, 상기 제1 이미징 시스템은 상기 스폿을 상기 핀홀 위로 이미지화하도록 구성되어, 상기 스폿으로부터의 복귀 측정 빔은 다시 핀홀로 향하게 되고, 상기 핀홀은 상기 복귀 측정 빔과 기준 빔을 결합하여 결합빔을 생성하는 것인, 상기 이미징 시스템과; 상기 결합빔을 받아들이는 검출기 요소를 포함하는 검출기 시스템을 포함한다. 상기 복귀 측정 빔은 상기 대상물로부터 검출기 시스템까지의 대응 경로를 따라 진행하고, 상기 간섭계는 상기 복귀 측정 빔의 대응 경로 중에 위치하는 보상 재료층을 포함하며, 상기 보상 재료층은 상기 복귀 측정 빔의 대응 경로를 따라 굴절률 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상한다.
다른 실시예는 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함한다. 상기 공초점 간섭계 시스템은 상기 핀홀을 상기 검출기 요소 위로 이미지화하여, 상기 결합빔이 상기 검출기 요소로 향하게 되도록 하는 제2 이미징 시스템도 포함한다. 상기 제1 이미징 시스템은 반사 굴절(catadioptric) 이미징 시스템이다. 상기 보상 재료층은 상기 플레이트와 대상물 사이의 복귀 측정 빔의 대응 경로를 따라 배치된다. 상기 보상 재료층은 상기 플레이트 부근에 있거나 또는 상기 플레이트에 직면한다. 상기 플레이트는 핀홀들의 어레이를 포함하는데, 상기 제1 핀홀은 상기 핀홀 어레이의 핀홀들 중 하나이다.
다른 실시예에서, 상기 제1 이미징 시스템은 상기 각 핀홀에 대하여, 상기 측정 빔을 수용하여, 그 측정 빔을 투과부와 반사부로 분할하도록 배치되는 빔 분할기와; 상기 핀홀을 상기 빔 분할기를 통해 상기 스폿 위로 이미지화하여 상기 측정 빔을 그 핀홀로부터 상기 스폿 위로 향하게 하도록 배치되는 반사면을 포함한다. 상기 반사면은 상기 대상물 상의 소정의 지점과 실질적으로 동심이다. 상기 제1 이미징 시스템은 또한, 상기 대상물과 빔 분할기 사이에 배치되어 상기 대상물로부터 광선을 수용하는 굴절면을 포함한다. 상기 제1 반사면은 실질적으로, 제1 반경을 갖는 구(球)와 일치하고, 상기 굴절면은 제2 반경을 갖는 구와 일치하는데, 상기 제1 반경은 제2 반경보다 더 크다. 또한, 상기 제1 반사면과 굴절면은 동일한 곡률 중심을 갖고 있다. 상기 제1 이미징 시스템은 또한, 상기 빔 분할기와 핀홀 어레이 사이에 배치되어, 상기 반사면에 의해 초점이 맞추어진 광선을 받아들이는 굴절면을 포함한다. 그러한 경우에, 상기 반사면은 상기 핀홀 어레이 상의 결상점(image point)과 실질적으로 동심이다. 상기 제1 이미징 시스템은 또한, 상기 제1 반사면으로부터의 빔 분할기의 상기 타측상에 제2 반사면을 포함하며, 이 제2 반사면은 상기 핀홀을 상기 빔 분할기를 통해 상기 대상물 중의 스폿 위로 이미지화하도록 배치된다.
일반적으로, 다른 양태에 있어서, 본 발명은 매질 중에 있는 대상물 내의 위치를 간섭 측정하기 위한 공초점 간섭계 시스템을 특징으로 하는데, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이에는 불일치가 존재한다. 이러한 경우에, 상기 시스템은, 핀홀들의 어레이로서, 상기 핀홀 어레이는 소스 빔을 받아들여, 상기 핀홀 어레이 중의 각 핀홀에 대하여, 상기 소스 빔을 핀홀 어레이의 일측 상의 대응 기준 빔과, 상기 핀홀 어레이의 타측 상에의 대응 측정 빔으로 분할하도록 배치되는 것인, 상기 핀홀들의 어레이와; 상기 핀홀 어레이를 상기 대상물 내의 스폿들의 어레이 위로 이미지화하여, 상기 핀홀 어레이의 각 핀홀에 대한 대응 측정 빔은 상기 스폿 어레이의 다른 대응 스폿으로 향하게 되고 그 스폿에 대하여 대응 복귀 측정 빔을 생성하도록 구성되는 이미징 시스템을 포함하며, 상기 이미지 시스템은 또한 상기 스폿 어레이를 상기 핀홀 어레이 위로 이미지화하도록 구성되어, 상기 스폿 어레이의 각 스폿으로부터의 대응 복귀 측정 빔은 다시 핀홀 어레이 중의 다른 대응 핀홀로 향하게 되고, 각 핀홀에 대하여 상기 핀홀 어레이는 그 핀홀에 대한 복귀 측정 빔과 기준 빔을 합쳐 대응 결합빔을 생성한다. 상기 시스템은 또한, 상기 핀홀 어레이와 정렬되는 검출기 요소들의 어레이를 포함하는 검출기 시스템을 포함하고, 각 핀홀에 대하여 상기 대응 결합빔은 검출기 요소 어레이의 다른 대응 검출기 요소로 향하게 되며, 상기 복귀 측정 빔은 상기 대상물로부터 상기 검출기 시스템까지의 대응 경로를 따라 진행하며, 상기 간섭계는 상기 복귀 측정 빔의 대응 경로 중에 위치하는 보상 재료층을 포함하고, 이 보상 재료층은 상기 복귀 측정 빔의 대응 경로를 따라 굴절률의 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상한다.
일반적으로, 다른 양태에 있어서, 본 발명은 매질 중에 있는 대상물 내부의 위치를 측정하기 위한 현미경을 특징으로 하는데, 상기 대상물과 매질 사이의 굴절률에 불일치가 존재한다. 상기 현미경은 입사 빔을 발생시키는 소스와; 검출기 시스템과; 상기 입사 빔의 적어도 일부를 상기 대상물 내의 선택된 스폿 위로 초점을 맞춰 복귀 빔을 생성하는 이미징 시스템과; 상기 선택된 스폿을 상기 검출기 시스템 위로 이미지화하는 이미징 시스템을 포함하고, 상기 복귀 빔은 상기 대상물로부터 검출기 조립체까지의 경로를 따라 이동하며, 상기 제2 이미지 시스템은, 상기 복귀 빔의 경로 중에 배치되어, 상기 복귀 빔과 경로를 따라 굴절률의 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상하는 보상 재료층을 포함한다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 이점은 기판과 매질 사이의 특정 굴절률을 보상하도록 설계된 현미경의 특성은 상이한 굴절률 불일치를 보상하도록 쉽게 변화될 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 다른 이점은 단일 현미경 시스템이 사용된다는 것인데, 기판의 굴절률은 그 표면 위에서 등방성이 아닐 수 있고, 상기 기판의 표면을 비롯한 기판 내의 상이한 깊이들은 이미지화될 수 있다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 이점은 기판의 표면 및/또는 기판의 내부 부분을 이미지화하는데 단일 현미경 시스템을 사용할 수 있다는 것인데, 상기 기판의 굴절률은 그 표면 또는 기판 내로의 깊이에서 등방성이 아닐 수 있으며, 상기 기판 표면을 비롯한 기판 내부의 상이한 깊이들은 이미지화될 수 있다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 다른 이점은 IR, 가시광, UV 및 VUV의 파장, 수 미크론 이상 정도의 기판 내의 깊이에 대하여, 단일 현미경 시스템을 사용하여, 회절 제한 측방향 및 종방향 해상도를 얻을 수가 있고, 기판의 굴절률은 측방향으로 또는 종방향으로 등방성이 아니다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 다른 이점은 본 발명의 보상 기법이 비공초점, 공초점 및 간섭 공초점 현미경을 비롯한 수 많은 다른 현미경 종류에 합체될 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 다른 이점은 마이크로리쏘그래피 기법을 이용하여 보상 박막층을 제작할 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 다른 이점은 핀홀-어레이 빔-분할기가 공초점 또는 간헙 공초점 현미경 검사 시스템에 사용될 수 있어, 종래 기술에 따른 공초점 및 간섭 공초점 현미경 검사 시스템에 존재하는 복수의 핀홀 어레이를 정렬해야 하는 필요성을 제거해 주고, 보상 막막층의 갯수를 하나의 어레이로 감소시킨다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 다른 이점은 본 발명을, 기판과 매질의 계면에서 굴절률의 불일치 효과를 보상하기 위한 비공초점, 공초점 또는 간섭 공초점 현미경에 합체한다고 하여, 각 시야에 영향을 미치지 않는다는 점이다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 다른 이점은 이용 가능한 파장이, 광학적 구성품, 예컨대 UV 그레이드 융합 실리카(grade fused silica), CaF2 및 LiF의 투과 특성에 의해 정해지는 VUV 컷오프를 갖는 VUV 범위로 확장된다는 것이다.
비공초점 현미경 검사 시스템의 결상 공간, 공초점 또는 간섭 공초점 현미경 검사 시스템의 측정 빔의 공초점 소스-핀홀 공간과 공초점 결상-핀홀 공간에서의 굴절률 불일치를 이용하여, 이미지화되는 기판과 매질 사이의 굴절률 불일치 효과를 보상하는 기법이 설명된다. 상기 각 소스 및 결상 공간에서의 굴절률 불일치는, 작은 굴절률을 갖고 있는 보상 박층들의 어레이의 도입에 의해 발생된다. 박층들의 두께 및 굴절률은 상기 현미경 검사 시스템, 이미지화되는 기판 내의 깊이, 기판/매질의 굴절률 불일치 정도에 따라 선택된다. 핀홀-어레이 빔-분할기를 이용하는 공초점 및 간섭 공초점 현미경에 대하여, 보상 박층 어레이의 갯수는 단일의 어레이로 감소된다.
제1 실시예가 도 1a에 개략적으로 도시되어 있는데, 핀홀-어레이 빔-분할기를 이용하는 공초점 간섭 현미경 검사 시스템을 포함한다. 상기 제1 실시예의 공초점 간섭 현미경 검사 시스템은 제1 이미징 시스템(10), 빔-분할기(12), 검출기(70) 및 제2 이미징 시스템(110)을 포함한다. 제2 이미징 시스템(110)은 동작 거리가 큰 저출력 현미경, 예컨대 Nikon ELWD 및 SLWD 대물 렌즈(objective) 및 Olympus LWD, ULWD 및 ELWD 대물 렌즈다. 빔-분할기(12)는, "핀홀 홀 어레이 빔-분할기를 합체하는 간섭 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제60/442,982호(ZI-45), "핀홀 홀 어레이 빔-분할기를 합체하는 간섭 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 2004년 1월 27일 출원된 미국 특허 출원(ZI-45)(이들은 모두, 헨리 에이. 힐의 발명이다)에 개시된 것과 같은 핀홀-얼레이 빔-분할기를 포함한다. 상기 인용된 특허 출원의 내용은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다. 제1 이미징 시스템(10)은 도 1b에 개략적으로 도시되어 있다. 이미징 시스템(10)은 "반사 및 반사 굴절 이미징 시스템"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제10/028,508호(ZI-38), "반사 및 반사 굴절 이미징 시스템"이라는 명칭의 미국 가특허 출원 번호 제10/366,651호(ZI-43), "적응형 반사 표면이 있는 반사 및 반사 굴절 이미징 시스템"이라는 명칭의 미국 가특허 출원 번호 제60/501,666호[ZI-54], "펠리클 빔-분할기와 비적응형 및 적응형 반사 표면을 포함하는 반사 및 반사 굴절 이미징 시스템"이라는 명칭의 2003년 9월 26일 출원된 미국 가특허 출원[ZI-56](이들은 모두 헨리 에이. 힐의 발명이다)에 개시된 것과 같은 반사 굴절 시스템이다. 상기 인용된 4개의 특허 출원의 내용은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
반사 굴절 이미징 시스템(10)은 반사 굴절 요소(40, 44), 빔-분할기(48), 볼록 렌즈(50A)(도 1c 참조)를 포함한다. 표면(42A, 46A)은 공칭상 곡률 반경이 동일한 볼록 구면이고, 표면(42A, 46A)의 각 곡률 중심은 빔-분할기(48)에 대하여 공액점(conjugate point)이다. 표면(42B, 46B)은 공칭상 곡률 반경이 동일한 오목 구면이다. 표면(42B, 46B)의 곡률 중심은 표면(46A, 42A)의 곡률 중심과 각각 동일하다. 볼록 렌즈(50A)의 곡률 중심은 표면(42B, 46A)의 곡률 중심과 동일하다. 표면(46B)의 곡률 반경은 동공(pupil)의 폐쇄부(occluded portion)와 관련하여 이미징 시스템(10)의 효율 손실을 최소화하고, 이미징 시스템(10)에 대하여 최종 사용 용례에 수용 가능한 작업 거리를 생성하도록 선택된다. 볼록 렌즈(50A)의 곡률 반경은, 반사 굴절 이미징 시스템(10)의 비축 수차(off-axis aberration)가 확장된 시야에 대하여 보상되도록 볼록 렌즈(50A)의 굴절률과 연관되어 선택된다. 요소(40, 44)의 매질은, 예컨대 UV 그레이드 융합 실리카, CaF2 또는 상업적으로 이용 가능한 유리, 예컨대 SF11일 수 있다. 볼록 렌즈(50A)의 매질은, 예컨대 융합 실리카, CaF2, 또는 상업적으로 이용 가능한 유리, 예컨대 SF11일 수 있다. 요소(40, 44) 및 볼록 렌즈(50A)의 매질의 선택시 중요한 고려 사항은 빔(24)을 포함하는 빔들의 파장에 대한 투과 특성이다.
볼록 렌즈(52)는 볼록 렌즈(50A)의 곡률 중심과 동일한 곡률 중심을 갖고 있다. 제1 실시예에서, 볼록 렌즈(50A, 52)는 핀홀-어레이 빔-분할기(12) 및 그 사이의 보상 재료층(50B)와 함께 결합된다. 핀홀-어레이 빔-분할기(12)와 보상 재료층(50B)은 도 1c에 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 핀홀-어레이 빔-분할기(12)와 보상 재료층(50B) 사이에 서브 파장의 간극이 유지되어, 핀홀-어레이 빔-분할기(12)와 보상 재료층(50B)은 주사 과정의 일부로서 이동될 수 있다. 상기 간극을 통한 투과는 꺾임 내부 반사(frustrated internal reflection)에 의한 것이다. 핀홀-어레이 빔-분할기 중의 핀홀의 패턴은 최종 용도 용례의 조건과 일치하도록 선택된다. 패턴의 한 가지 예는 두 직교 방향으로 등간격으로 이격된 핀홀의 2차원 어레이이다. 상기 핀홀은, 헨리 에이. 힐과 카일 페리오의 "공초점 및 인접장 현미경 검사를 위한 다중-소스 어레이"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제09/917,402호(ZI-I5)에 개시된 것과 같이, 원형 구멍, 직사각형 구멍, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 상기 특허는 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다. 핀홀-어레이 빔-분할기에 대한 비제한적인 핀홀 어레이의 한 가지 예가 도 1c에 도시되어 있는데, 구멍 크기가 a인 핀홀 사이에 간격(b)을 갖고 있다.
보상 재료층(50B)의 두께(e)와 굴절률(n4)(도 1c 참조)은 볼록 렌즈(50A)의 굴절률, 기판(60)의 굴절률, 이미지화되는 기판(60) 내 소정 부분의 깊이와 관련하여 선택된다.
입사빔(24)은 거울(54)에 의해 핀홀-어레이 빔-분할기(12)로 반사되는데, 그 제1 부분은 출사 빔 성분(30A, 30B)의 기준 빔 성분으로서 투과되고, 그 제2 부분은 빔 성분(26A, 26B)의 측정 빔 성분으로서 산란된다. 빔 성분(26A, 26B)의 측정 빔 성분은 빔 성분(28A, 28B)의 성분으로서, 기판(60)의 표면에 근접한 결상면의 결상 스폿의 어레이로 이미지화된다. 기판(60)에 입사하는 빔 성분(28A, 28B)의 성분의 일부는 빔 성분(28A, 28B)의 복귀 측정 빔 성분으로서 반사 및/또는 산란된다. 빔 성분(28A, 28B)의 복귀 측정 빔 성분은 반사 굴절 이미징 시스템(10)에 의해, 핀홀-어레이 빔-분할기(12)의 핀홀과 일치하는 스폿으로 이미지화되고, 그 일부는 출사 빔 성분(30A, 30B)의 복귀 측정 빔 성분으로서 투과된다.
반사 굴절 이미징 시스템(10)의 이미징 특성에 대한 설명은, "핀홀 어레이 빔-분할기를 합체한 간섭 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 2004년 1월 ____일에 출원된 미국 특허 출원 및 미국 가특허 출원 번호 제60/442,982호(ZI-45)의 반사 굴절 이미징 시스템(10)의 이미징 특성에 대해 주어진 설명의 대응 부분과 동일하다.
다음 단계는 이미징 시스템(10)에 의해 출사빔 성분(30A, 30B)을, CCD와 같은 멀티-픽셀 검출기의 픽셀과 일치하는 스폿들의 어레이로 이미지화하여, 전기적 간섭 신호(72) 어레이를 발생시키는 것이다. 상기 전기적 간섭 신호의 어레이는 후속 처리를 위해 신호 프로세서 및 컨트롤러(80)로 전송된다.
이미지화되는 스폿이 기판(60)의 표면 아래의 거리(z1)에 위치하고 기판(60)의 굴절률(n1)과 연속 매질의 굴절률(n2)이 다른 경우에, 빔 성분(26A, 26B)의 복귀 측정 빔 성분에 구면 수차와 같은 수차가 도입될 것이다. 상기 수차는 보상 재료층(50B)의 굴절률(n4)와 두께(e)를 선택함으로써 보상된다.
이미지화되는 스폿이 기판(60)의 표면 아래의 거리(z)에 위치하고 기판(60)의 굴절률(n1)과 연속 매질의 굴절률(n2)이 다른 경우에 도입되는 구면 수차와 같은 수차의 보상 재료층(50B)에 의한 상기 보상이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 도 2에서, 반사 굴절 이미징 시스템(10)은, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 설명을 간단히 하고, 보상 과정이 반사 굴절 이미징 시스템(10)에 독특하지 않다는 것을 예로써 나타내기 위하여, 이중 볼록 렌즈(230)에 의해 대체되었다.
기판(60)과, n2<n1인 연속 매질 사이의 계면에서, 기판(60) 중의 스폿으로부터 분기하는 빔의 광선은, 스폿이 작은 수치 구경에 대하여 (n2/n1)z의 깊이에서 나타나도록 굴절된다. 상기 수치 구경이 증가함에 따라, 스폿의 가시 깊이는 감소하여 구면 수차 및 더 큰 수준의 수차와 같은 수차를 발생시킨다. n4≠n3인 경우에, 보상 재료층(50B)은 기판(60)의 표면에서 수차가 도입되는 메커니즘과 동일한 메커니즘으로, 구면 수차 및 더 큰 수준의 수차와 같은 수차를 도입한다. n4<n3인 경우에, 보상 재료층(50B)에 의해 도입된 수차는 일반적으로, 기판(60)의 표면에 도입된 수차와 반대의 부호를 갖는다. 따라서, 보상 재료층(50B)의 두께는, 기판(60)의 표면에 도입된 수차가 공액 결상 스폿에서 제일 먼저 보상되도록 선택될 수 있다.
두께(e) 및 굴절률(n4)의 선택은 Focus Software, Inc.의 Zemax Optical Design Program과 같은 광선 추적 프로그램을 이용하여 수행할 수 있다. 기판(60) 내부의 결상된 스폿의 위치에 대하여 2 미크론의 깊이, 기판(60) 위의 결상 공간에서의 수치 구경(NA=0.88)에 대응하는 한 가지 해법 세트는, 볼록 렌즈(50A), 반사 굴절 렌즈(40, 44) 융합 실리카를 포함하는 기판(60)으로, 400 nm의 파장에서 보상 재료층(50B) 파라미터에 대해, 두께(e)는 300 nm이고, 굴절률(n4)은 1.37이다. 상기 해법 세트에 대하여, n2는 1이라고 가정된다. 보상 재료층(50B)이 없다면, 상기 결상된 스폿의 평균 제곱근(root mean square)은 표면(42A, 46A)에 대한 50 mm의 곡률 반경에 대하여 134 nm이다. 해법 세트 파라미터를 갖고 있는 보상 재료층(50B)를 이용하여, 상기 결상된 스폿의 평균 제곱근은 40 nm의 크기로 감소된다. 표면(42A, 46A)에 대한 25 mm의 곡률 반경에 대하여, 결상된 스폿의 미보상 및 보상된 평균 제곱근 반경은 각각, 77 nm 및 20 nm이다. 수차의 감소와 관련하여 유사한 결과가 더 큰 파장, UV 및 VUV 파장, 예컨대 150 nm 및 더 짧은 파장에 대해 설계된 해법 세트에 대하여 얻어진다.
비등방성 굴절률을 갖고 있는 기판(60) 내의 상이한 깊이가 필드의 각 공액 구적(conjugated quadrature)의 획득을 위한 상이한 해법 세트 어레이의 적절한 해법 세트를 선택함으로써 이미지화될 수 있도록, 보상 재료층(50B)에 대한 다른 해법 세트의 어레이가 단일 용례에 이용될 수 있다. 단일 용례의 상이한 해법 세트의 어레이를 마이크로리쏘그래피 기법을 이용하여 제작할 수 있다. 또한, 보상 재료층(50B)은 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 2개 이상의 층을 포함할 수 있다.
여러 가지 간섭 실시예에서 이용되는 호모다인 검출 방법(homodyne detection method)의 4가지의 상이한 실행이 있다. 상기 4가지의 상이한 실행은 단일, 이중, 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법이라 지칭한다. 단일 호모다인 검출 방법에 대하여, 입사빔(24)은 단일 주파수 성분을 포함하고, 전기적 간섭 신호(72)의 어레이의 4개의 측정치의 세트가 만들어진다. 전기적 간섭 신호(72)의 어레이의 4개의 측정치 각각에 대하여, 공지의 위상 편이가 출사빔 성분(30A, 30B)의 각 복귀 측정 빔 성분과 기준 빔 성분 사이에 도입된다. 단일 주파수 성분을 포함하는 입사빔에 대해 반사 및/또는 산란된 복귀 측정 빔의 공액 구적을 추출하는 데에 사용되는 후속 데이터 처리 과정은, 예컨대 헨리 에이. 힐의 "주사 간섭 인접장 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 미국 특허 번호 제6,455,453호(ZI-14)에 개시되어 있으며, 이 특허의 내용은 그 전체가 참고로서 본 명세서에 포함된다.
상기 이중 호모다인 검출 방법은, 후속하여 공액 구적을 얻는 데에 이용되는 전기적 간섭 신호의 측정값을 획득하기 위해 4개의 주파수 성분과 4개의 검출기를 포함하는 입사빔(24)을 이용한다. 4개의 검출기 요소의 각 검출기 요소는 4개의 전기적 간섭 신호값 중 다른 하나를 얻는데, 상기 4개의 간섭 신호값은 동시에 획득되어 소정의 필드에 대하여 공액 구적을 컴퓨팅한다. 4개의 전기적 간섭 신호값 각각은 공액 구적의 한 직교 성분에 대한 정보만을 담고 있다. 본 명세서에서 이용되는 이중 호모다인 검출 방법은, "Lower Bounds On Phase Sensitivity In Ideal And Feasible Measurements"(Phys. Rev. A49, 3022-3036(1994))라는 명칭의 G. M D'ariano 및 M G. A. Paris의 논문 IV장에 개시된 것과 같은 검출 방법과 관련되어 있다. 따라서, 상기 이중 호모다인 검출 방법은 필드의 공액 구적을 함께 결정하지 않는데, 각 전기적 간섭 신호값은 상기 공액 구적의 2개의 직교 성분 각각에 대한 정보를 동시에 담고 있다.
상기 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법은 전기적 간섭 신호 측정값을 얻는데, 전기적 간섭 신호의 각 측정값은 동시에, 공액 구적의 두 직교 성분에 대한 정보를 담고 있다. 상기 두 직교 성분은, "간섭계에서 대상물에 의해 반사/산란 및 투과된 빔의 장의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원(2004년 1월 27일 출원)(ZI-47) 및 미국 특허 출원 번호 제60/442,858호(ZI-47)에 개시된 것과 같이, 공액 구적의 직교 성분에 대응한다.
상기 복귀 측정 빔의 필드의 공액 구적은 여러 가지 간섭 실시예에서 단일, 이중, 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법에 의해 얻어진다. 각각의 호모다인 검출 방법에 대하여, 전기적 간섭 신호(72)의 어레이의 4개의 측정값으로 이루어지는 세트가 만들어진다. 전기적 간섭 신호(72)의 어레이의 4개의 측정값 각각에 대하여, 알려진 위상 편이가 출사 빔 성분(30A, 30B)의 상기 기준 빔 성분과 각 복귀 측정 빔 사이에 도입된다. 알려진 위상 편이 세트의 한 가지 비제한적인 예는 0. 4/π, π/2, 3π/2 라디안 및 mod 2π를 포함한다.
여러 가지 간섭 실시예에 대하여, 입사빔(24)은 단일 호모다인 검출법에 대하여 1개의 주파수 성분을 포함한다. 바이 호모다인 검출법에 대하여, 입사빔(24)은 2개의 주파수 성분을 포함하고, 이중 및 쿼드 호모다인 검출법에 대하여, 입사빔(24)은 4개의 주파수 성분을 포함한다. 위상 편이는, 입사빔(24)의 주파수 성분의 주파수를 공지의 주파수 값 사이로 이동시키거나, 입사빔(24)의 기준 빔과 측정 빔 성분 사이에 도입함으로써 발생된다. 어떤 간섭 실시예에 있어서, 간섭계(10)에서 출사빔 성분(30A, 30B)에 대한 것과 같은 출사빔 성분의 각 복귀 빔 성분과 기준 빔 성분의 광학적 경로 길이 사이에 차이가 존재한다. 그 결과, 입사빔(24)의 주파수 성분의 주파수의 변화는 출사빔 성분(30A, 30B)의 각 복귀 빔 성분과 대응 기준 빔 성분 사이에 상대적인 위상 편이를 발생시킬 것이다.
출사빔 성분(30A, 30B)의 각 복귀 측정 빔 성분과 기준 빔 성분 사이의 광학적 경로 차이(L)에 대하여, 주파수 편이(Δf)에 대한 대응 위상 편이()는 다음과 같다.
c는 자유 공간 광속이다. L은 물리적 경로 길이 차이가 아니고, 예컨대 측정 빔과 복귀 측정 빔 경로의 평균 굴절률에 의존한다는 것에 유의하여야 한다. 위상 편이 = π, 3π, 5π...이고, L=0.25 m의 예의 경우, 대응 주파수 편이 Δf=600 MHz, 1.8 GHz, 3.0 GHz...이다.
입사빔(24)의 성분의 주파수는 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)에 의해 발생된 제어 신호(92, 74)에 따라서 빔 컨디셔너(22) 및 소스(18)의 동작 모드에 의해 결정된다.
전기적 간섭 신호값의 4개의 어레이를 획득하기 위한 2개의 상이한 작동 모드를 설명한다. 설명하는 제1 모드는 스텝 및 스테어 모드(step and stare mode)로서, 기판(60)은 이미지 정보가 요구되는 고정위치 사이에 들여놓아진다. 제2 모드는 주사 모드이다. 기판(60)의 1차원, 2차원 및 3차원 이미지를 발생시키는 스텝 및 스테어 모드에 있어서, 기판(60)은 스테이지(90)에 의해 이동되는데, 기판(60)은 스테이지(90) 상에 장착된 웨이퍼 척(84) 상에 장착되어 있다. 스테이지(90)의 위치는 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)로부터의 서보 제어 신호(78)에 따라 트랜스듀서(82)에 의해 제어된다. 스테이지(90)의 위치는 메트로로지 시스템(metrology system)(88)에 의해 측정되고, 메트로로지 시스템(88)에 의해 획득된 위치 정보는 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)에 전송되어, 스테이지(90)의 위치 제어시 사용하기 위한 에러 신호를 발생시킨다. 메트로로지 시스템(88)은, 예컨대 선형 변위 및 각변위 간섭계 및 캡 게이지를 포함할 수 있다.
전자 프로세서 및 컨트롤러(80)는 스테이지(90)를 원하는 위치로 이동시키고, 그 다음에 4개의 위상 편이, 즉 0, π/4, π/2, 3π/2 세트에 대응하는 4개의 전기적 간섭 신호값 세트가 획득된다. 4개의 전기적 간섭 신호값 어레이 세트의 획득 후에, 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)는 스테이지(90)의 다음의 원하는 위치에 대하여 상기 과정을 반복한다. 기판(60)의 높이 및 각도 방위는 트랜스듀서(86A, 86B)에 의해 제어된다.
전기적 간섭 신호값으로 이루어지는 4개의 어레이의 세트를 획득하기 위한 2개의 모드 중 제2 모드를 이하에서 설명하는데, 상기 전기적 간섭 신호값으로 이루어지는 4개의 어레이의 세트는 스테이지(90)의 위치를 하나 이상의 방향으로 연속적으로 주사하면서 얻어진다. 주사 모드에서, 소스(18)는 때때로, 신호 프로세서 및 컨트롤러(80)로부터의 신호(92)에 의해 펄스화된다. 소스(18)는 때때로, 이미지 정보가 요구되는 기판(60) 상 및/또는 기판 내의 위치와 핀홀-어레이 빔-분할기(12)의 핀홀의 공액 이미지의 정합에 대응하여 펄스화된다.
펄스화된 소스를 생성하는 수 많은 다른 방법들이 있다["Lasers", Handbook of Optics, 1, 1995(McGraw-Hill, New York, W.Silfvast 저), 제11장 참조]. 주사 모드에서 연속적인 주사가 이용되는 결과, 소스(18)에 의해 생성되는 빔 펄스()의 지속 기간, 즉 "펄스 폭"에 제한이 있다. 펄스 폭()은 주사 방향으로의 공간 분해능에 대한 제한 값을 다음의 수학식 2로 표현되는 하한까지 부분적으로 제어하는 파라미터이다.
상기 식에서, V는 주사 속도이다. 예를 들면, τp1=50 nsec이고, 주사 속도 V=0.20 m/sec일 때, 주사 방향으로의 공간 분해능()의 제한 값은
이다.
입사 빔(24)의 성분의 주파수는 신호 프로세서 및 컨트롤러(80)로부터의 신호(92, 74)에 의해 제어되어 4개의 주파수로 이루어지는 세트로부터의 주파수에 대응되는데, 이는 출사빔 성분(30A, 30B)의 복귀 측정 빔 성분과 기준 빔 성분 사이에 4개의 위상 편이로 이루어지는 세트의 원하는 위상 편이를 산출한다. 상기 전기적 간섭 신호값의 획득을 위한 제1 모드에서, 4개의 위상 편이값의 세트에 대응하는 4개의 전기적 간섭 신호값의 어레이들의 각 세트는, 단일 및 바이 호모다인 검출법에 있어서는 검출기(70)의 단일 픽셀에 의해 발생되고, 쿼드 호모다인 검출법에 있어서는 검출기(70)의 두 픽셀에 의해 발생되고, 이중 호모다인 검출법에 대하여는 검출기(70)의 4개의 픽셀에 의해 발생된다. 전기적 간섭 신호값의 획들을 위한 제2 모드에서, 4개의 전기적 간섭 신호값의 각 대응 세트는 4가지의 호모다인 검출법 각각에 대하여 검출기(70)의 4개의 상이한 픽셀들의 공액 세트에 의해 발생된다. 따라서, 상기 제2 획득 모드에서, 픽셀 효율의 차이, 핀홀-어레이 빔-분할기(12)의 핀홀의 크기의 차이는 복귀 측정 빔 성분의 필드의 공액 구적을 획득하기 위해, 신호 처리시 신호 프로세서 및 컨트롤러(80)에 의해 보상할 필요가 있다.
상기 제2 모드, 즉 주사 모드의 이점은, 전기적 간섭 신호값들이 간섭 공초점 현미경 검사 시스템의 처리량을 증가시키는 주사 모드에서 획득된다는 것이다.
소스(18) 및 빔-컨디셔너(22)에 대한 설명은, 미국 가특허 출원 번호 제60/442,982호(ZI-45), "핀홀 어레이 빔-분할기를 합체한 간섭 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 2004년 1월 27일 출원된 미국 특허 출원(ZI-45), 미국 가특허 출원 번호 제60/442,858호(ZI-47), "간섭계에서 대상물에 의한 반사/산란 및 투과된 빔의 필드의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 2004년 1월 27일 출원된 미국 특허 출원 번호 제_____호에 개시된 소스 및 빔-분할기에 대해 주어진 설명의 대응 부분과 동일하다.
도 1d를 참조하여, 2-주파수 발생기 및 주파수 변환기로서 빔-컨디셔너(22)를 먼저 설명한다. 빔-컨디셔너(22)는, 주파수 변환된 단일 주파수 성분 또는 2개의 주파수 변환된 성분을 갖고 있는 빔(24)을 발생시키도록 동작될 수 있다.
빔-컨디셔너(22)는 음향 광학 변조기(1120, 1126, 1130, 1132, 1142, 1146, 1150, 1154, 1058, 1062)와, 빔-분할기(1168)와 거울(1166)을 포함한다. 입사빔(20)은 도 1d의 평면에 평행한 편광면을 갖고 있는 음향 광학 변조기(1120)에 입사된다. 빔(20)의 제1 부분은 음향 광학 변조기(1120)에 의해 빔(1122)으로서 회절된 다음에, 음향 광학 변조기(1126)에 의해 도 1d의 평면에 평행한 편광면을 갖고 있는 빔(1128)으로서 회절된다. 빔(20)의 제2 부분은 도 1d의 평면에 평행한 편광면을 갖고 있는 비굴절 빔(1124)으로서 투과된다. 빔(24)에 대해 주파수 편이된 단일 주파수 성분을 발생시키도록 동작되는 빔-컨디셔너(22)에 대하여, 음향 광학 변조기(1120)에의 음향 출력은 두 상태 사이에서 스위칭된다. 한 가지 상태는 오프 상태로서, 굴절빔(1122)의 진폭은 제로이고 온 상태에 있으며, 비굴절 빔(1124)의 진폭은 공칭상 제로이다. 음향 광학 변조기(1120)의 온 또는 오프 상태는 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)에 의해 발생된 신호(74)에 의해 제어된다.
음향 광학 변조기(1120, 1126)는 비등방성 브라그 회절 형 또는 등방성 브라그 회절형일 수 있다. 음향 광학 변조기(1120, 1126)에 의해 도입되는 주파수 편이는 동일한 부호이고, 주파수 편이(Δf)의 1/2가 같은데, 이는 간섭계(10)에서 Δf의 주파수 편이와 동일한 주파수 차이를 갖고 있는 기준 빔과 측정 빔 사이에 π/2 위상차를 발생시킨다. 빔(1128)의 전파 방향은 빔(1124)의 전파 방향에 평행하다.
도 1d에 연속해서, 빔(1128)은 음향 광학 변조기(1132)에 입사하고, 저자 프로세서 및 컨트롤러(80)(도 1a 참조)로부터의 제어 신호(74)에 따라, 음향 광학 변조기(1132)에 의해 빔(1134)으로서 굴절되거나, 음향 광학 변조기(1132)에 의해 빔(1136)으로서 투과된다. 빔(1134)이 발생되면, 그 빔(1134)은 음향 광학 변조기(1142, 1146, 1150)에 의해, 빔(1152)의 주파수 편이된 빔 성분으로서 회절된다. 음향 광학 변조기(1132, 1142, 1146, 1150)에 의해 도입된 주파수 편이는 모두 동일한 방향에 있고, 크기가 Δf/2와 같다. 따라서, 음향 광학 변조기(1132, 1142, 1146, 1150)에 의해 도입된 순(net) 주파수 편이는 ±2Δf이다. 음향 광학 변조기(1120, 1126, 1132, 1142, 1146, 1150)에 의해 도입된 상기 순 주파수 편이는 Δf±2Δf이고, 간섭계(10)를 통한 통과시 각 기준 빔과 측정 빔 사이에 π/2±π의 상대 위상 편이를 발생시킨다.
빔(1136)이 발생되면, 빔(1136)은 빔(1152)의 주파수 비(非)편의된 빔 성분으로서 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)로부터의 제어 신호(74)에 따라 음향 광학 변조기(1150)에 의해 전달된다. 음향 광학 변조기(1120,1126,1132,1150)에 의해 도입된 순 주파수 편이(Δf)는 간섭계(10)를 통과하는 각 측정빔과 기준빔 사이에 각각 상대 위상 편이(π/2)를 발생시키게 된다.
빔(1124)은 음향 광학 변조기(1130)로 입사되고, 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)로부터의 제어 신호(74)에 따라 음향 광학 변조기(1130)에 의해 빔(1140)으로서 회절되거나 빔(1140)으로서 전달된다. 빔(1140)이 발생되면, 빔(1140)은 빔(1164)의 주파수 편의된 빔 성분으로서 음향 광학 변조기(1154,1158,1162)에 의해 회절된다. 음향 광학 변조기(1130,1154,1158,1162)에 의해 도입된 주파수 편이는 모두 동일 방향으로 행해지며 ±Δf/2와 같다. 따라서, 음향 광학 변조기(1130,1154,1158,1162)에 의해 도입된 순 주파수 편이는 ±2Δf이며, 간섭계(10)를 통과하는 각 측정빔과 기준빔 사이에 각각 상대 위상 편이(π)를 발생시키게 된다. 음향 광학 변조기(1120,1130,1154,1158,1162)에 의해 도입된 순 주파수 편이는 ±2Δf이며, 간섭계(10)를 통과하는 각 측정빔과 기준빔 사이에 각각 상대 위상 편이(±π)를 발생시키게 된다.
빔(1138)이 발생되면, 빔(1138)은 빔(1164)의 주파수 비편의된 빔 성분으로서 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)로부터의 제어 신호(74)에 따라 음향 광학 변조기(1162)에 의해 전달된다. 음향 광학 변조기(1120,1130,1162)에 의해 도입된 대응하는 주파수 편이는 0이며, 간섭계(10)를 통과하는 각 측정빔과 기준빔 사이에 각각 0의 상대 위상 편이를 발생시키게 된다.
다음에 빔 분할기(1168)에 의해 빔(1152,1164)이 합쳐져서 빔(24)을 형성한다. 음향 광학 변조기(1120,1126,1130,1132,1142,1146,1150,1154,1058,1062)는 비 등방성 브래그 회절 방식 또는 등방성 브래그 회절 방식의 것일 수 있다. 빔(1152,1164)은 비등방성 브래그 회절 방식 또는 등방성 브래그 회절 방식에 대해 도 1d의 평면에서 편광되고, 빔 분할기(1168)는 비 편광 방식의 것이다.
다른 실시예의 입력 빔 필요 조건을 만족하도록 소스(18) 및 빔 컨디셔너(22)를 구성하기 위한 다른 방법들에 대한 설명에 연속하여, 소스(18)는 펄스화 소스를 구비하는 것이 바람직할 것이다. 소스(18)의 각 펄스는 단일 펄스이거나 또는 모드 로크 Q-스위치 Nd:YAG 레이저(mode locked Q-switched Nd:YAG laser)에 의해 발생되는 것과 같은 일련의 펄스로 이루어질 수 있다. 단일 펄스 트레인은 본 명세서에서 펄스 시퀀스로 언급되며, 본 명세서에서 펄스와 펄스 시퀀스는 호환가능하게 사용된다.
소스(18)는 소정 실시예에서 2개 또는 4개의 주파수를 발생시키도록 구성될 수 있으며, 그 발생 기법은 1982년도판 19면의 (미국 물리 학회) T.J. McIlrath 및 R.R. Freeman, Eds의 극자외선 분광을 위한 레이저 기법 및 그 참조 자료에서 B.P. Stoicheff, J.R.Banic, P. Herman, W. Jamroz, P.E. LaRocque 및 R.H. Lipson에 의한 "고해상도 VUV 및 XUV 분광을 위한 회전 가능한 간섭성 소스"란 명칭의 리뷰 기사에서 설명된 것과 같다. 상기 기법들은 예를 들면, R.G. Brewer 및 A. Moorai, Eds의 레이저 분광학 I(뉴욕 플레넘 출판사)에서 S.E. Harris, J.F. Young, A.H. Kung, D.M. Bloom 및 G.C. Bjorklund에 의한 "자외선 및 진공 자외선 방사의 발생"이란 명칭의 기사 및 Appl. Phys. Lett. (1974년) 653면에 게재된 A.H. Kung에 의한 "회전 가능한 피코초(picosecond) VUV 방사의 발생"이란 명칭의 기사에서 설명된 것과 같은 2차 및 3차 고조파 발생 및 파라매트릭 발생을 포함한다. 상기 3개의 인용 기사들의 내용은 본 명세서에 참조로 언급된다.
동연성(coextensive)이 아닐 수 있는 2개 또는 4개의 주파수 성분으로 이루어진 소스(18)로부터의 출사 빔은 빔 분할기에 의해 빔 컨디셔너에서 합쳐져서, 다양한 실시예에서 필요로 하는 바의 공간적으로 분리되거나 동일 공간에 걸치는 동연성의 측정빔 및 기준빔을 형성한다. 소스(18)가 2개 또는 4개의 주파수 성분을 제공하도록 구성된 경우, 소정 실시예에서 필요로 하는 다양한 성분의 주파수 편이가 예컨대, 파라메트릭 발생기로의 입사빔의 주파수 변조에 의해 소스(18) 내에 도입된다.
복귀 측정빔의 필드에 대한 공액 구적의 결정을 위한 4개의 측정된 전기적 간섭 신호치 세트의 측정된 어레이의 처리가 바이 호모다인 검출법에서 설명된다. 복귀 측정빔의 장에 대한 공액 구적의 조인트 측정을 결정하기 위한 바이 호모다인 및 쿼드 호모다인 검출법의 처리에 대한 전반적인 설명은 "간섭계의 대물렌즈에 의한 반사/산란 및 투과된 빔의 장에 대한 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이란 명칭의 인용 미국 가출원 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일자 출원된 인용 미국 특허 출원(ZI-47)의 설명에서 대응하는 부분과 동일하다.
공액 구적을 공동으로 얻는 바이 호모다인 검출법을 참조하면, 4개의 전기적 간섭 신호치 세트가, 이미지화되는 기판(60) 상 및/또는 내의 각 스폿에 대해 얻어진다. 이미지화되는 기판(60) 상 및/또는 내의 단일 스폿에 대한 복수 필드의 공액 구적을 얻기 위해 사용되는 4개의 전기적 간섭 신호값 세트(Sj, j=1,2,3,4)는 배율 인자 내에서 바이 호모다인 검출법에 대해 다음의 수학식으로 표현된다:
상기 식에서, 계수 A1 및 A2는 입사빔의 제1 및 제2 주파수 성분에 대응하는 기준빔의 진폭을 나타내고; 계수 B1 및 B2는 기준빔(A1 및 A2) 각각에 대응하는 배경빔의 진폭을 나타내고; 계수 C1 및 C2는 기준빔(A1 및 A2) 각각에 대응하는 복귀 측정빔의 진폭을 나타내고; Pj는 펄스 j의 입사빔의 제1 주파수 성분의 적분 강도를 나타내며; 및 의 수치는 표 1에 열거된다. 2개의 주파수 성분에 대한 기준빔과 측정빔 사이의 상대 위상 변이는 ±π의 홀수 고조파(odd harmonic)이다. 1~-1 또는 -1~1로의 및 의 수치 변화는 입사빔(24)의 주파수 성분 변화와 연계하여 각 기준 빔과 측정 빔의 ±π의 홀수 고조파의 상대 위상 변화에 대응한다. 계수 는 기판 상 및/또는 내의 스폿의 생성에 사용되는 크기와 형상과 같은 4개 핀홀의 공액 세트의 특성 및 기준 빔, 배경 빔 및 복귀 측정 빔 각각에 대해 기판(60) 상 및/또는 내의 스폿에 대응하는 4개의 검출기 화소의 공액 세트의 감도의 변화에 대한 효과를 나타낸다.
수학식 4에서의 비율은 j 또는 Pj의 값에 의존하지 않는다고 가정한다. 본 발명의 범위 또는 취지를 벗어나지 않고 중요 특성을 구체화하도록 Sj의 표현을 단순화하기 위해, 수학식 4에서 에 대응하는 복귀 측정 빔의 진폭의 비율은 j 또는 Pj 값에 의존하지 않는다고 가정한다. 그러나, 에 대응하는 측정빔 성분의 진폭비가의 비율과 다른 경우, 의 비율은 의 비율과 다를 것이다.
빔 성분(30A,30B)에서 대응하는 기준 빔과 복귀 측정빔 성분 사이에서의 상대 위상 편이의 제어에 의해 인 경우를 제외하고, 수학식 4는 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기서, 의 관계는 본 발명의 범위 또는 취지를 벗어나지 않고 사용되었다.
의 변화에 대한 위상 변화와 변화에 대한 위상 변화는 배경 빔의 발생 장소 및 방법에 따라 실시예의 π와 상이할 수 있다. 상기 값은 배경빔의 영향을 평가하는 값으로서 주목할 점은 인자가 로서 표현될 수 있으며, 이때, 위상차 는 위상 과 같아서, 즉 이라는 점이다.
수학식 5의 고찰로부터 분명한 것은 의 공액 구적의 성분에 대응하는 수학식 5의 항이, 제로의 평균치를 가지며, 가 j=2.5에 대해 대칭이기 때문에 j=2.5에 대해 대칭인 사각함수이라는 것이다. 또한, 수학식 5에서 의 공액 구적의 성분에 대응하는 수학식 12의 항은, 제로의 평균치를 가지며, 가 j=2.5에 대해 반대칭이기 때문에 j=2.5에 대해 .반대칭인 사각함수이다. 바이 호모다인 검출법의 설계에 의한 다른 중요한 특성은 수학식 5의 와 의 공액 구적의 항이, 와 이 j=1,2,3,4의 범위에 대해 직교하기 때문에, 즉 이므로, j=1,2,3,4의 범위에 대해 직교한다는 것이다.
와 의 공액 구적 성분의 정보는 신호값(Sj)에 적용되는 다음의 디지털 필터에 의해 표현되는 바와 같은 공액 구적 성분의 대칭 특성과 직교성을 이용하여 얻어진다.
여기에서, 및 는 디지털 필터에서 및 를 나타내기 위해 사용된 수치이다.
수학식 6 및 7의 다음 파라미터,
는 공액 구적의 결정을 완성하기 위해 결정될 필요가 있다. 수학식 8에 주어진 파라미터는 예컨대, π/2의 위상 편이를 기준빔과 측정빔의 상대 위상에 도입하고, 공액 구적에 대한 측정을 반복하는 것에 의해 측정될 수 있다. 2차 측정으로부터 에 대응하는 공액 구적의 진폭비에 의해 분할되는 1차 측정으로부터 에 대응하는 공액 구적의 진폭비는 다음과 같다:
수학식 6 및 7의 소정 인자들은 예컨대, 다음과 같이 배율 인자 내에서 4인 공칭값을 가짐을 주의하여야 한다:
배율 인자는 와 각각에 대한 평균값에 대응하며, 평균값 인 것으로 가정한다. 수학식 6 및 7의 소정의 다른 인자들은 다음과 같이 0의 공칭값을 가진다:
상기 수학식 12로 표현되는 나머지 인자들은 코사인 인자의 약 0배 내지 약 4배 범위의 공칭 크기 및 각 위상의 특성에 따른 인자 또는 의 평균값을 갖는다. 각각의 측정 빔의 위상의 제 1 근사값을 따르지 않는 위상을 갖는 배경의 일부에 대하여, 수학식 12에 기재된 모든 항의 크기는 거의 제로이다. 각각의 측정 빔의 위상의 제 1 근사값을 따르는 위상을 갖는 배경의 일부에 대하여, 수학식 12에 기재된 모든 항의 크기는 코사인 인자의 약 4배 및 인자 또는 의 평균값일 것이다. 수학식 6 및 7에서 가장 큰 두 개의 항은 일반적으로 인자 및 를 갖는 항이다. 그러나, 수학식 11에 나타낸 바와 같이, 인자로서 를 갖는 항에 대하여 값을 선택하고, 인자로서 을 갖는 항에 대하여 값을 설계함으로써, 대응 항들은 여러 실시예에서 실질적으로 제거된다.
배경의 효과로부터 가장 큰 기여는 기준 빔과 측정 빔에 의해 발생되는 배경 빔 일부 사이의 간섭 항에의 기여에 의해 나타내어진다. 상기 배경의 효과 부분은 여러 실시예에서, 영과 동일한 출력 빔 성분(30A, 30B) 세트의 복귀 측정 빔 성분으로 배경 부분의 대응하는 공액 구적을 측정함으로써, 즉 기판(60)은 제거되어 있고 또는 및 그 역인 상태에서, 각각의 전기적 간섭 신호 Sj를 측정함으로써 측정될 수 있다. 상기 배경의 효과 부분의 측정된 공액 구적은 만약 필요하다면 최종 용도 용례에서 유익하게 각각의 배경 효과를 보상하는 데 이용될 수 있다.
기준 빔과 측정 빔에 의해 발생된 배경 빔 사이의 간섭 항의 배경 진폭 및 위상 의 효과로부터 가장 큰 기여에 관한 정보는, 기판(60)은 제거되어 있고 또는 이고 그 역인 상태에서, 기준 빔과 측정 빔 사이의 상대 위상 편이의 함수로서 j=1, 2, 3, 4에 대하여 Sj를 측정하고, 그 측정된 Sj 값을 푸리에 분석함으로써 얻을 수 있다. 상기 정보는 각 배경의 기원을 확인하는 것을 도와주는 데에 이용될 수 있다.
헨리 에이. 힐의 세 발명, 즉 "배경 진폭 감소 및 보상을 이용한 공초점 간섭 현미경 검사를 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 번호 5,760,901호, "배경 및 전경 광원으로부터 비초점 광 신호와 초점이 맞는 이미지를 식별하는 방법 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 번호 제5,915,048호 및 미국 특허 번호 제6,480,285 B1호에 개시된 바와 같이, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 배경 빔의 효과를 감소 및/또는 보상하기 위해 다른 기술들을 실시예에 포함할 수 있다. 상기 인용된 특허의 내용은 그 전체가 참고로서 본 명세서에 포함된다.
에 대한 값의 선택은 단지 간섭계 시스템에서 존재하는 기준 빔을 이용하여 j=1,2,3,4에 대하여 Sj를 측정함으로써 얻을 수 있는 j=1,2,3,4에 대한 계수에 대한 정보에 기초한다. 어떤 실시예에서, 이것은 입사 빔(24)의 측정 빔 성분을 단순히 블로킹하는 것에 대응할 수 있고, 다른 일부 실시예에서, 이것은 기판(60)이 제거된 채 j=1,2,3,4에 대하여 Sj를 단순히 측정하는 것에 대응할 수 있다. 에 대한 값의 세트의 정확성 시험은 수학식 6 및 7에서 항이 제로가 되는 정도이다.
j=1,2,3,4에 대한 계수 에 관한 정보는, 또는 4개의 공액 검출기 픽셀에 대응하는 스폿을 지나 인공물을 주사하고, 공액 구적 성분 또는 을 각각 측정함으로써 얻을 수 있다. 또는 항의 진폭의 변화는 j의 함수로서 의 변화에 대응한다. j=1,2,3,4에 대한 계수 에 관한 정보는 예를 들면 간섭계 시스템(10)의 하나 이상의 요소의 안정성을 모니터링하는 데 이용될 수 있다.
바이 호모다인 검출법은 필드의 공액 구적의 결정을 위한 확고한 방법이다. 먼저, 수학식 11과 관련하여 설명한 바와 같이 인자 및 를 갖는 항이 실질적으로 제로이므로, 공액 구적 진폭 및 은 수학식 6 및 7로 표현되는 바와 같이, 각각 디지털 방식으로 필터링된 값 및 에서 1차 항이다.
둘째, 수학식 6 및 7에서 및 항의 계수는 동일하다. 따라서, 진폭 및 위상과 관련하여 복귀 측정 빔과 기준 빔 사이의 간섭 항의 매우 정확한 측정값, 즉, 필드의 공액 구적의 매우 정확한 측정값이 측정될 수 있는데, 및 와 같은 정규화에서 1차 에러 및 에서 1차 변수는 2차 또는 더 높은 차수로 들어간다. 이 특성은 중요한 이점으로 변화된다. 또한, 4개의 전기적 간섭 신호값의 각 세트로부터 공액 구적 및 의 각 성분에의 기여는 동일한 윈도우 함수를 갖고, 따라서 공동으로 결정된 값으로서 얻어진다.
바이 호모다인 기술의 다른 구별되는 특징은 수학식 6 및 7에서 명백하다. 즉, 수학식 6 및 7에서 그리고 및 수학식 10에서 제1 식으로 기재된 공액 구적 성분 및 의 계수는 에 대한 추정값에서 에러와 무관하게 동일하고; 수학식 6 및 7에서 그리고 수학식 11에서 마지막 식으로 기재된 공액 구적 진폭 및 의 계수는 에 대한 추정값에서 에러와 무관하게 동일하다. 따라서 공액 구적에 대응하는 위상의 매우 정확한 값이 얻어질 수 있는데, 에서 1차 변수, 및 와 같은 정규화에서 1차 에러는 단지 몇몇 고차 효과를 통해서 들어간다.
또한, 필드의 공액 구적은 바이 호모다임 검출법을 이용하는 경우 공동으로 얻어지므로, 필드의 공액 구적의 단일 호모다임 검출에서 가능한 상황과 달리 위상 과잉의 결과 위상 추적시 에러 가능성이 상당히 감소된다.
바이 호모다인 검출법의 특별한 케이스로 간주될 수 있는 단일 호모다인 검출법에 이용되는 절차에 대한 설명은 특별한 경우에 얻은 공액 구적이 공동으로 측정된 양으로서 얻어지지 않는다는 것을 제외하고, 진폭 A2 또는 A1가 제로로 설정된 바이 호모다인 검출법에 대해 주어진 설명과 동일하다.
제1 실시예는 기판 표면과 인접 매질에서의 굴절률 불일치 효과가 보상되는 단일 호모다인 검출법 및 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 이용하여, 기판에의해 반사 및/또는 산란된 필드의 공액 구적을 측정한다. 제1 실시예는 본 명세서에서 설명한 것과 같은 반사 굴절 이미징 시스템(10) 및 제2 이미징 시스템(110)을 포함하는데, 소스(18)와 빔-컨디셔너(22)는 단일 주파수 성분을 갖는 입사빔(24)을 생성하도록 구성되어 있다. 반사 및/또는 산란된 복귀 측정 빔의 공액 구적을 추출하는 단일 호모다인 검출법에 이용된 데이터 처리 과정은 예를 들면 인용된 미국 특허 번호 제6,445,453호(ZI-14)에서 설명된 것과 동일하다. 기판 표면 및 인접 매질에서의 굴절률 불일치는 도 1c와 관련하여 설명한 과정에 의해 보상된다.
제1 실시예에서, 다중-픽셀 검출기(70)는 CCD 픽셀 신호값들의 제1 세트가 발생되어 후속하여 CCD 웨이퍼에 저장되고, 반면에 CCD 픽셀 신호값들의 제2 세트의 프레임은 제1 및 제2 세트의 CCD 신호값들의 판독이 이루어지기 전에 발생될 수 있도록 구성된 프레임 전송 CCD를 포함한다. CCD 신호값들의 제1 세트를 저장하는데 필요한 시간은 일반적으로 프레임 전송 CCD에 대한 CCD 신호값 세트를 판독하는 데 필요한 시간보다 훨씬 작다. 따라서, 프레임 전송 CCD를 이용하는 이점은, 입사빔(20)의 2개의 연속되는 펄스 사이의 시간과 전기적 간섭 신호값의 측정값 사이의 대응하는 시간이 비-프레임 전송 CCD를 이용한 경우보다 훨씬 작을 수 있다는 것이다.
기판 표면과 인접 매질에서의 굴절률 불일치 효과가 보상되는 단일 호모다인 검출법 및 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 이용하여, 기판에 의해 반사 및/또는 산란된 필드의 공액 구적을 조인트 측정하는 제2 실시예를 설명한다. 제2 실시예는 2개의 주파수 편이된 성분으로 입사빔을 발생시키도록 소스(18) 및 빔-컨디셔너(22)가 구성된 바이 호모다인 검출법을 이용하여, 공액 구적의 조인트 측정하도록 동작되는 제1 실시예의 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 포함한다. 기판 표면 및 인접 매질에서의 굴절률 차이는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다. 반사 및/또는 산란된 복귀 측정 빔의 공액 구적의 조인트 측정값을 추출하는 바이 호모다인 검출법에서 이용되는 데이터 처리 과정은 본 명세서에 설명한 것과 동일하다.
제2 실시예에서 빔(24)의 주파수 편이된 두 성분을 발생시키기 위해, 음향 광학 변조기(1120)(도 1d 참조)으로의 음향 출력은, 회절된 빔(1122)의 강도와 회절되지 않은 빔(1124)의 강도가 동일하도록 조정된다. 음향 광학 변조기(1120)에서 음향 출력의 레벨은 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)에 의해 발생되는 신호(74)에 의해 제어된다.
제2 실시예에 대한 나머지 설명은 제1 실시예에 대해 주어진 설명의 대응 부분과 동일하다.
제3 실시예는 기판 표면 및 인접 매질에서의 굴절률 불일치 효과가 보상되는 단일 호모다인 검출법의 변형예와 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 이용하여, 기판에 의해 반사 및/또는 산란된 필드의 공액 구적을 측정한다. 제3 실시예는 소스(18) 및 빔-컨디셔너(22)가 주파수 편이된 두 성분을 갖는 입사 빔(24)을 발생시키도록 구성된 제1 실시예의 현미경(120)의 변형예를 구비한 제1 실시예의 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 포함한다. 기판 표면과 인접 매질에서의 굴절률 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다.
현미경(120)의 변형예는 인용된 미국 가특허 출원 번호 제60/442,982(ZI-45) 및 "핀홀 홀 어레이 빔-분할기를 포함하는 간섭 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 2004년 1월 27일 출원된 미국 특허 출원(ZI-45)에서 설명된 것과 같은 분산형 요소를 포함하고 있어, 출력 빔(32)의 두 주파수 성분들의 성분들은 검출기(70)의 두 상호 배타적인 서브세트를 향하게 된다.
제3 실시예는 단일 호모다인 검출법의 변형을 이용하여, 기판(60)에 의해 반사 및/또는 산란된 측정 빔의 필드의 공액 구적의 비조인트 측정값을 얻는다. 단일 호모다인 검출법의 변형은, 이점이 있는 단일 호모다인 검출법을 이용하는 것과 같이 판독된 4개의 사이클 대신 판독된 2개의 사이클에서 전기적 간섭 신호값의 네 개의 어레이들의 세트를 얻는다. 그러나, 언급한 바와 같이, 공액 구적의 각 측정값은 단일 호모다인 검출법과 공유된 특성인 공액 구적의 공동으로 획득된 측정값이 아니다. 반사 및/또는 산란된 복귀 측정 빔의 공액 구적을 추출하기 위해 단일 호모다인 검출법의 변형예에서 사용된 데이터 처리 과정은, 제1 실시예에서 이용된 단일 호모다인 검출법에 대한 데이터 처리 과정에 대하여 설명된 것과 동일하다.
진폭 A1 및 A2에 대응하는 출사 빔 성분(30A, 30B)의 성분의 주파수 차이는, A1과 출사 빔 성분(30A, 30B)의 그 대응 성분 및 A2와 출사 빔 성분(30A, 30B)의 그 대응 성분이 검출기(70)의 픽셀의 상호 배타적인 2개의 상이한 세트를 향하도록 현미경(120)의 변형에서 분산형 요소의 분산의 설계와 관련하여 선택된다.
제3 실시예에 대한 나머지 설명은 제1 실시예에 대해 주어진 설명의 대응 부분과 동일하다.
제3 실시예의 변형은 기판 표면 및 인접 매질에서의 굴절률 불일치의 효과가 보상되는 쿼드 호모다인 검출법과 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 이용하여, 기판에 의해 반사 및/또는 산란된 필드의 공액 구적을 공동 측정한다. 제3 실시예의 변형은, 소스(18) 및 빔-컨디셔너(22)가 4개의 주파수 성분을 갖는 입사 빔(24)을 발생시키도록 구성된 제3 실시예의 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 포함하고, 분산형 요소의 분산 설계 및 상기 4개의 주파수의 선택은, 4개의 주파수 성분 중 2개에 대응하는 출사 빔(32)의 성분들이 검출기(70)의 픽셀의 한 서브세트를 향하고, 4개의 주파수 성분 중 다른 두 개에 대응하는 출사빔(32)의 성분들이 검출기(70)의 픽셀의 상호 배탁적인 제2 서브세트를 향하도록 이루어진다. 픽셀의 두 개의 서브세트의 각각의 픽셀은 두 개의 주파수 성분을 동시에 받아들인다. 기판 표면 및 인접 매질에서의 굴절율 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 절차에 의해 보상된다.
제3 실시예 및 다른 실시예의 변형에 이용된 쿼드 호모다인 검출법을 참조하면, 4개의 전기적 간섭 신호값들의 세트는, 소스(18) 및 빔-컨디셔너(22)로부터의 판독된 두 사이클 또는 두 개의 펄스 시퀀스로 이미지화되는 기판(60) 위 및/또는 기판 내의 각각의 스폿에 대하여 얻어진다. 이미지화되는 기판 위 및/또는 기판 내의 단일 스폿에 대한 필드의 공액 구적을 얻는 데 이용되는 4개의 전기적인 간섭 신호 Sj, j=1,2,3,4의 세트는 다음 식에 의해 쿼드 호모다인 검출법에 대해 배율 인자 내에 표현된다:
,
,
,
,
상기 식에서, 계수 A1, A2, A3 및 A4는 각각 입사 빔(24)의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 주파수 성분에 대응하는 기준 빔의 진폭을 나타내고, 계수 B1, B2, B3 및 B4는 각각 기준 빔 A1, A2, A3 및 A4에 대응하는 배경 빔의 진폭을 나타내며, 계수 C1, C2, C3 및 C4는 각각 기준 빔 A1, A2, A3 및 A4에 대응하는 복귀 측정 빔의 진폭을 나타내고, P1 및 P2는 각각 입사빔(24)의 제 1 및 제 2 펄스 시퀀스에서 제 1 주파수 성분의 적분 강도를 나타내며, εj 및 γj에 대한 값은 표 1에 기재되어 있다. 쿼드 호모다인 검출법에 대한 계수 ξj, ζj, ηj의 설명은 바이 호모다인 검출법에 대하여 제공된 설명의 대응 부분과 동일하다.
수학식 13, 14, 15 및 16에서 및 의 비율은 j 또는 Pj의 값에 좌우되지 않는다고 가정하였다. 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 중요한 특징을 투영하도록 Sj의 표현을 단순화하기 위하여, 수학식 13, 14, 15 및 16에서 및 에 대응하는 복귀 측정 빔의 진폭의 비율은 j 또는 Pj의 값에 좌우되지 않는다고 가정하였다. 그러나, 및 에 대응하는 측정 빔 성분의 진폭의 비율이 각각 및 의 비율과 다른 경우, 및 의 비율은 각각 및 의 비율과 다르다.
빔(32)의 대응 기준 빔 성분과 측정 빔 성분 사이의 상대적인 위상 편이의 제어에 의해 는 것을 주목하면서, 수학식 13, 14, 15 및 16은 각각 하기와 같이 쓸 수 있다:
상기 식에서는 관계식 은 본 발명의 범위 또는 사승을 벗어남없이 사용되었다.
공액 구적 및 에 대한 정보는 j=1,2,3,4에 대한 신호값 Sj 에 적용되는 하기 디지털 필터로 표현되는 것과 같은 공액 구적의 대칭 및 반대칭 특성 및 직교성을 이용하여 얻어진다.
쿼드 호모다인 검출법에 대한 와 의 설명은 바이 호모다인 검출법에서 와 에 대해 주어진 대응 설명과 동일하다. 수학식 17, 18, 19, 20, 21 및 22를 이용하여, 공액 구적 및 의 성분에 대해 각각 하기 표현이 얻어진다:
어떤 최종 용도 용례에 대한 공액 구적의 결정을 완료하기 위해 하기 파라미터가 결정되어야 한다:
수학식 25, 26, 및 27에 의해 주어진 파라미터는 예를 들어, 수학식 8에 의해 특정된 양을 측정하는 것에 관한 바이 호모다인 검출법에 대해 설명한 과정과 유사한 과정에 의해 측정될 수 있다.
제3 실시예의 변형의 나머지 설명은 제3 실시예에 대해 주어진 설명의 대응 부분과 동일하다.
제4 실시예는 기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치 효과가 보상되고 제3 실시예에서 이용된 단일 호모다인 검출의 변형을 이용하는 간섭 공초점 현미경검사 시스템을 이용하여, 기판에 의해 반사/산란된 측정 빔의 필드의 공액 구적의 비-조인트 측정값을 얻는다. 제4 실시예는 제1 실시예의 간섭 공초점 현미경 검사 시스템(110)의 변형을 포함하며, 소스(18) 및 빔-컨디셔너(22)는 2개의 주파수 편이된 성분을 갖는 입사 빔(24)을 생성하도록 구성된다. 기판 표면 및 인접 매질에서의 굴절률의 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다.
제4 실시예는 현미경(120)의 변형예를 갖는 제1 실시예의 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 포함한다. 현미경(120)의 변형예는 저전력 현미경 및 이색소(dichronic) 빔-분할기를 포함하며, 상기 빔 분할기는 미국 가특허 출원 번호 제 60/442,982호(ZI-45) 및 "핀홀 어레이 빔-분할기를 포함하는 간섭 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 2004년 1월 27일 출원된 미국 특허 출원(ZI-45)에 개시된 것과 같은 2개의 별도의 검출기에 의해 검출되는 2개의 출사빔을 생성하여 출사 빔 성분 (30A, 30B)의 두 주파수 성분의 성분들이 두 검출기 중 하나로 향하게 되고 출사 빔 성분(30A, 30B) 중 2개의 다른 주파수 성분은 두 검출기 중 두 번째 것으로 향하도록 한다.
제4 실시예는 단일 호모다인 검출법의 변형을 이용하여, 기판(60)에 의해 반사 및/또는 산란된 측정 빔의 필드의 공액 구적의 비(非)조인트 측정값을 얻는다. 단일 호모다인 검출법의 변형의 설명은 본 명세서의 제3 실시예에서 이용된 단일 호모다인 검출법에 대해 주어진 대응 설명과 동일하다. 반사 및/또는 산란된 복귀 측정 빔의 공액 구적을 추출하기 위한 단일 호모다인 검출법의 변형에 이용되는 데이터 처리 과정은 제3 실시예에서 이용된 단일 호모다인 검출법의 변형에 대해 설명된 데이터 처리 과정에 대해 설명된 것과 동일하다.
진폭 A1 및 A2에 해당하는 출사 빔 성분(30A, 30B)의 성분의 주파수의 차이는 A1 및 출사 빔 성분(30A, 30B)의 그 대응 성분이 두 검출기 중 하나로 향하게 되고 A2 및 출사 빔 성분(30A, 30B)의 그 대응 성분이 두 검출기 중 두 번째 검출기로 향하도록 이색성 빔-분할기의 설계와 연관하여 선택된다.
제4 실시예의 나머지 설명은 제3 실시예의 주어진 설명의 해당 부분과 동일하다.
제4 실시예의 변형은 기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치 효과를 보상한 간섭 공초점 현미경 검사 시스템 및 쿼드 호모다인 검출법을 이용하여, 기판에 의해 반사 및/또는 산란된 필드의 공액 구적의 조인트 측정을 한다. 제4 실시예의 변형은 제4 실시예의 간섭 공초점 현미경 검사 시스템을 포함하며, 소스(18) 및 빔-컨디셔너(22)는 4개의 주파수 성분을 갖는 입사 빔(24)을 생성하도록 구성되며, 분산성 요소의 분산의 설계 및 네 주파수의 선택은 네 주파수 성분 중 둘에 해당하는 출사 빔 성분(30A, 30B)의 성분이 두 검출기 중 하나로 향하고 네 주파수 성분 중 다른 2개에 해당하는 출사 빔 성분(30A, 30B)의 성분은 두 검출기중 두 번째로 향하도록 이루어진다. 두 검출기의 각 픽셀은 두 주파수 성분을 동시에 받는다. 기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다.
진폭 A1에 해당하는 출사 빔 성분(30A, 30B)의 성분의 주파수 및 진폭 A2에 해당하는 출사 빔 성분(30A, 30B)의 성분의 주파수는 출사 빔(30A, 30B)의 주파수보다 훨씬 작거나, 또는 각 빔의 주파수의 중간값이거나 각 빔의 주파수 정도일 수 있다. 진폭 A1에 해당하는 빔 성분(30A, 30B)의 성분들의 주파수 차이 및 진폭 A2에 해당하는 빔 성분(30A, 30B)의 성분들의 주파수의 차이는 일반적으로 해당 빔의 주파수보다 훨씬 작다. 빔(24)은 제4 실시예의 변형을 위한 네 개의 주파수 성분을 포함한다. 제4 실시예의 변형에서, 공액 구적의 한 성분의 진폭에 해당하는 빔 성분(30A, 30B)의 두 주파수 성분은 두 검출기 중 하나로 향하게 되고, 공액 구적의 두 번째 성분의 진폭에 해당하는 빔 성분(30A, 30B)의 두 주파수 성분은 두 검출기 중 두 번째로 향하게 된다.
공액 구적의 결정을 위한 전자 프로세서 및 컨트롤러(80)에 의한 측정된 전기적 간섭 신호의 처리에 대한 설명은 쿼드 호모다인 검출법을 이용하는 제3 실시예의 변형에 대해 주어진 해당 설명 부분과 동일하다.
제1 필드의 한 공액 구적에 해당하는 빔(24)의 주파수 성분의 시간 윈도우 함수(temporal window functions)는 제2 필드의 제2 공액 구적에 해당하는 빔(24)의 다른 주파수 성분의 시간 윈도우 함수와 다를 수 있다. 시간 윈도우 함수간의 이러한 시간 차이는 변할 수 있으며 연구한 기판의 일부 특성일 수 있다. 한 가지 특성은 탐침으로서 사용된 제1 펄스와 제2 펄스에 의해 생성된 기판의 전도성의 변화의 영향이다. 다른 영향은 음향 펄스의 특성을 검출하는 데 이용된 빔(24)의 제1 펄스 및 빔(24)의 제2 펄스에 의한 음향 펄스의 생성이다.
어떤 최종 용도 용례에서는, "표면 프로파일링을 위한 종방향 차등 간섭 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 미국 가출원 번호 제60/448,360호(ZI-41)에서 개시된 것처럼, 필드의 공액 구적의 한 성분만을 측정할 필요가 있을 수 있다.
기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치 효과가 보상되는 다른 실시예는 헨리 에이.힐의 "배경 진폭 감소 및 보상을 갖는 공초점 간섭 현미경 검사를 위한 방법 및 장치"라는 제목의 미국 특허 제5,760,901호에 개시된 것과 같은 간섭 원격장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 구비한 제1 실시예의 간섭 시스템을 포함하며, 상기 문헌의 내용은 참조로 그 전체가 본 명세서에 포함된다. 다른 실시예에서, 빔-컨디셔너(22)는 미국 가특허 출원 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일에 출원된 "간섭 측정법에서 대상물에 의해 반사/산란 및 투과된 빔의 필드의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 제목의 미국 특허 출원 (ZI-47)에 개시된 것과 같은 2-주파수 발생기 및 위상 변환기로서 구성된다. 기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다.
기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치 효과가 보상된 다른 실시예는 위상 마스크가 제거되는 미국 특허 제5,760,901호에 개시된 것과 같은 간섭 원격장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 제1 실시예의 간섭 시스템을 포함한다. 다른 실시예에서, 빔-컨디셔너(22)는 미국 가특허 출원 번호 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일에 출원된 "간섭 측정법에서 대상물에 의해 반사/산란 및 투과된 빔의 필드의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 (ZI-47)에 개시된 것과 같은 2-주파수 발생기 및 위상 변환기로서 구성된다. 기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다.
기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치 효과가 보상되는 다른 실시예는, 기재 내용 전체가 참조로 본 명세서에 포함되는 헨리 에이.힐의 "파수 도메인 반사광 측정 및 배경 진폭 감소 및 보상을 이용한 다층 공초점 간섭 현미경 검사"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제90/526,847호에 개시된 것과 같은 간섭 원격장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 제1 실시예의 간섭 시스템을 포함한다. 다른 실시예에서는, 2 주파수 발생기 및 빔-컨디셔너(22)는 미국 가특허 출원 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 _____일에 출원된 "간섭측정법에서 대상물에 의해 반사/산란 및 투과된 빔의 필드의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원(ZI-47)에 개시된 것과 같은 2-주파수 발생기 및 위상 변환기로서 구성된다. 기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다.
기판 표면과 인접 매질에서 굴절률의 불일치 효과가 보상되는 다른 실시예는 위상 마스크가 제거되는 미국 특허 출원 제09/526,847호에 개시된 것과 같은 간섭 원격장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 제1 실시예의 간섭 시스템을 포함한다. 다른 실시예에서, 빔-컨디셔너(22)는 미국 가특허 출원 번호 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일에 출원된 "간섭측정법에서 대상물에 의해 반사/산란 및 투과된 빔의 필드의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 (ZI-47)에 개시된 것과 같이 배열된다. 기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다.
기판 표면과 인접 매질에서 굴절률의 불일치 효과가 보상되는 다른 실시예는 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함되는 헨리 에이.힐의 "주사 간섭 인접장 공초점 현미경 검사"라는 명칭의 미국 특허 제6,445,453호에 개시된 것과 같은 간섭 인접장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 제1 실시예의 간섭 시스템을 포함한다. 다른 실시예에서는, 빔-컨디셔너(22)는 미국 가특허 출원 번호 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일에 출원된 "간섭측정법에서 대상물에 의해 반사/산란 및 투과된 빔의 필드의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 (ZI-47)에 개시된 것과 같은 2-주파수 발생기 및 위상 변환기로서 구성된다. 기판 표면 및 인접 매질에서 굴절률의 불일치는 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상된다.
몇몇 실시예에서, 핀홀-어레이 빔-분할기(12)는 기판(60)의 주사 방향과 반대 방향으로 그리고 핀홀-어레이 빔-분할기(12)의 핀홀의 공액 이미지가, 이미지화되는 기판(60)위 또는 기판 내의 스폿과 겹친 채 있도록 하는 속도로 주사될 수 있다. 이러한 주사 동작 모드는 주사 모드로 작동하는 리쏘그래피 툴의 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 상대적인 움직임과 유사하다. 공초점 현미경 검사 시스템에서 공액 공초점 핀홀의 통상적인 중요한 정렬의 문제는 존재하지 않으며, 즉, 기준 빔의 어레이를 발생시키는 핀홀과 측정 빔의 어레이를 발생시키는 핀홀의 정합(registration)이 자동적이다.
전술한 각각의 실시예에서, 공명 증강 캐비티가 각 간섭 공초점 현미경 검사 시스템에 합체되어, 입사빔(24)은, 기재 내용 전체가 참조로 본 명세서에 포함되는 헨리 에이.힐의 "공명 캐비티에 의해 증강된 광학적 투과를 갖는 다중-소스 어레이"라는 명칭의 공동 소유된 미국 특허 출원 제09/917,400호(ZI-18)에 개시된 것과 같이, 공명 증강 캐비티(도시 생략)에 입사할 수 있다. 공명 캐비티는 거울(54) 뒤에 위치한다. 공명 캐비티의 경우, 공명 캐비티의 한 거울은 핀홀 어레이 빔-분할기(12)를 포함한다. 공명 캐비티의 종방향 모드의 주파수는 입사 빔(24)을 포함하는 네 주파수의 세트를 적어도 포함하도록 설계된다. 공명 증강 캐비티의 사용은 입사 빔(24)을 핀홀 어레이 빔-분할기(12)의 핀홀에 커플링시키는 효율을 증가시키며, 이에 수반하여 출사 빔 성분(30A, 30B)의 생성된 기준 및 복귀 측정 빔 성분이 증가된다.
또한 전술한 각각의 실시예에서, 핀홀-어레이 빔-분할기(12)는, 기재 내용 전체가 참조로 본 명세서에 포함되는 헨리 에이.힐의 "공명 유도파 구조에 의해 공급되는 다중-소스 어레이 및 공명 유도파 구조" 라는 명칭의 미국 가특허 출원 제60/445,739호(ZI-39)에 개시된 것과 같은 유도파 소스로 대체될 수 있다. 유도파소스는 슬래브 도파로(slab wave guide)를 포함하며 슬래브 도파로의 한 표면에는 빔-분할기(12)의 핀홀 어레이에 대응하는 핀홀 어레이가 있다. 따라서, 유도파 소스의 슬래브 도파로는, 몇몇 실시예에서 빔-분할기(12)의 핀홀 어레이와 기능하는 것과 동일하게, 핀홀 어레이 빔-분할기로서 기능한다.
유도파 소스를 이용하는 이점은 커플링 효율을 증가시키기 위하여 유도파 소스를 이용하지 않거나 공명 증강 캐비티를 이용하지 않는 경우 얻어지는 것과 비교하여 입사 빔(24)을 핀홀-어레이 빔-분할기에 커플링시키는 효율을 증대시킨다는 것이다.
기판 표면 및 인접 매질에서의 굴절률의 불일치 효과가 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상되는 비-간섭, 비-공초점 또는 공초점 현미경 검사 시스템을 이용하여 기판의 이미지를 얻을 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.
또한, 기판 표면 및 인접 매질에서의 굴절률의 불일치 효과가 도 1c와 관련하여 본 명세서에서 설명한 과정에 의해 보상되는 간섭, 비-공초점 현미경 검사 시스템을 이용하여 기판의 이미지를 얻을 수 있다는 것 역시 당업자에게 명백하다.

Claims (39)

  1. 매질 중에 있는 대상물 내의 위치를 간섭 측정하기 위한 간섭 현미경으로서, 상기 대상물과 매질의 굴절률 간에 불일치가 존재하는, 상기 간섭 현미경은,
    입사빔을 발생시키는 소스와;
    상기 입사빔을 수용하여 그 수용한 입력빔으로부터 측정 빔을 발생시키며, 상기 측정 빔을 상기 대상물 내의 선택된 스폿 위로 초점을 맞추어 그 선택된 스폿에 대하여 복귀 측정 빔을 생성하고, 상기 복귀 측정 빔과 기준 빔을 결합하여 간섭 빔을 생성하도록 구성되는 간섭계와;
    상기 간섭 빔을 수용하도록 배치되는 검출기 시스템을 포함하고,
    상기 복귀 측정 빔은 상기 대상물로부터 상기 검출기 시스템까지의 경로를 따라 진행하며, 상기 간섭계는 상기 복귀 측정 빔의 경로 중에 위치하는 보상 재료층을 포함하고, 상기 보상 재료층은 상기 복귀 측정 빔의 경로를 따라 굴절률의 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상하는 것인 간섭 현미경.
  2. 제1항에 있어서, 상기 간섭 현미경은 공초점 간섭 현미경이고, 상기 간섭계는 상기 검출기 앞에 위치하는 플레이트를 포함하며, 상기 플레이트는 상기 복귀 측정 빔이 통과하는 핀홀을 형성하며, 상기 보상재료층은 상기 플레이트 앞에 상기 복귀 측정 빔을 따라 위치하는 것인 간섭 현미경.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 플레이트 바로 부근에 있는 것인 간섭 현미경.
  4. 제2항에 있어서, 상기 간섭계는 상기 소스와 대상물 사이의 광로를 따라 위치하고, 상기 간섭계에 의해 상기 선택된 스폿 위로 이미지화되는 핀홀을 형성하는 플레이트를 더 포함하며, 상기 간섭계는 제2 플레이트 부근에 있고 제2 핀홀로부터 대상물까지의 빔 경로를 따라 굴절률 불일치를 생성하여 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상하도록 배치되는 보상 재료층을 더 포함하는 것인 간섭 현미경.
  5. 제4항에 있어서, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 동일한 플레이트이고, 제1 핀홀 및 제2 핀홀은 동일한 핀홀이며, 제1 보상 재료층 및 제2 보상 재료층은 동일한 보상 재료층인 것인 간섭 현미경.
  6. 제2항에 있어서, 상기 플레이트는 핀홀들의 어레이를 포함하고, 제1 핀홀은 상기 핀홀 어레이의 핀홀들 중 하나인 것인 간섭 현미경.
  7. 제2항에 있어서, 상기 대상물의 굴절률은 n0이고, 상기 대상물 바로 위의 매질의 굴절률은 nm이며, 상기 보상 재료층의 굴절률은 nc이며, 상기 복귀 측정 빔이 상기 보상 재료층에 도달하기 직전에 통과하는 매질의 굴절률은 nr이고, n0, nm, nc, nr은 실수이고, n0>nm이며, nc<nr인 것인 간섭 현미경.
  8. 제2항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 대상물 내에 회절 제한식 측방향 및 종방향 깊이 해상도를 얻기에 충분한 보상을 제공하는 것인 간섭 현미경.
  9. 제2항에 있어서, 상기 보상 재료층은 다른 보상 재료층으로 대체될 수 있도록 바로 제거될 수 있는 것인 간섭 현미경.
  10. 제2항에 있어서, 상기 매질은 공기인 것인 간섭 현미경.
  11. 매질 중에 있는 대상물 내의 위치를 간섭 측정하기 위한 공초점 간섭 측정 시스템으로서, 상기 대상물과 매질의 굴절률 간에 불일치가 있는, 상기 시스템은,
    핀홀을 형성하는 플레이트로서, 상기 핀홀은 소스 빔을 수용하여 그 소스 빔을 핀홀의 일측부 상의 기준 빔과 핀홀의 타측부 상의 측정 빔으로 분할하도록 배치되는, 상기 플레이트와;
    상기 핀홀을 상기 대상물 내의 소정 스폿 위로 이미지화하여 상기 측정 빔이 상기 스폿으로 향하도록 하고 상기 스폿에 대하여 복귀 측정 빔을 생성하는 이미징 시스템으로서, 상기 스폿을 상기 핀홀 위로 이미지화하도록 구성되어 상기 스폿으로부터의 상기 복귀 측정 빔이 다시 상기 핀홀로 향하도록 하는 제1 이미징 시스템을 포함하며, 상기 핀홀은 상기 복귀 측정 빔과 기준 빔을 결합하여 결합빔을 생성하는 것인, 상기 이미징 시스템과;
    상기 결합빔을 수용하는 검출기 요소를 포함하는 검출기 시스템을 포함하고,
    상기 복귀 측정 빔은 상기 대상물로부터 상기 검출기 시스템까지의 대응 경로를 따라 진행하며, 상기 간섭계는 상기 복귀 측정 빔의 대응 경로 중에 위치하는 보상 재료층을 포함하고, 상기 보상 재료층은 상기 복귀 측정 빔의 대응 경로를 따라 굴절률의 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 핀홀을 상기 검출기 요소 위로 이미지화하여 상기 결합빔이 상기 검출기 요소로 향하게 되도록 하는 제2 이미징 시스템을 더 포함하는 공초점 간섭 측정 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 이미징 시스템은 반사 굴절 이미징 시스템인 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 플레이트와 대상물 사이의 복귀 측정 빔의 대응 경로를 따라 위치하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 플레이트 부근에 있는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 플레이트에 직면하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 상기 플레이트는 핀홀들의 어레이를 포함하고, 상기 제1 핀홀은 상기 핀홀 어레이의 핀홀들 중 하나인 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  18. 제14항에 있어서, 상기 대상물의 굴절률은 n0이고, 상기 대상물 바로 위의 매질의 굴절률은 nm이며, 상기 보상 재료층의 굴절률은 nc이며, 상기 복귀 측정 빔이 상기 보상 재료층에 도달하기 직전에 통과하는 매질의 굴절률은 nr이고, n0, nm, nc, nr은 실수이고, n0>nm이며, nc<nr인 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  19. 제14항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 대상물 내에 회절 제한식 측방향 및 종방향 깊이 해상도를 얻기에 충분한 보상을 제공하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  20. 제14항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 대상물과 매질의 굴절률의 상이한 불일치에 대하여 다른 보상 재료층으로 대체될 수 있도록 바로 제거될 수 있는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  21. 제14항에 있어서, 상기 매질은 공기인 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  22. 제14항에 있어서, 상기 제1 이미징 시스템은,
    상기 측정 빔을 수용하여 그 측정 빔을 투과부와 반사부로 분할하도록 배치되는 빔 분할기와;
    상기 핀홀을 상기 빔 분할기를 통해 상기 스폿 위로 이미지화하여 상기 측정 빔을 상기 핀홀로부터 상기 스폿 위로 향하게 하도록 배치되는 반사면을 포함하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반사면은 상기 대상물 상의 한 점과 실질적으로 동심인 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 이미징 시스템은 상기 대상물과 빔 분할기 사이에 배치되어 상기 대상물로부터의 광선을 수용하는 굴절면을 더 포함하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 제1 반사면은 제1 반경을 갖고 있는 구와 실질적으로 일치하고, 상기 굴절면은 제2 반경을 갖고 있는 구와 실질적으로 일치하며, 상기 제1 반경은 상기 제2 반경보다 더 큰 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 반사면과 굴절면은 동일한 곡률 중심을 갖고 있는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  27. 제23항에 있어서, 상기 제1 이미징 시스템은 상기 빔 분할기와 상기 핀홀 사이에 배치되어 상기 반사면에 의해 초점이 맞추어진 광선을 수용하는 굴절면을 더 포함하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  28. 제22항에 있어서, 상기 반사면은 상기 핀홀과 실질적으로 동심인 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  29. 제22항에 있어서, 상기 제1 이미징 시스템은 상기 제1 반사면으로부터의 빔 분할기의 상기 타측상에 제2 반사면을 더 포함하며, 이 제2 반사면은 상기 핀홀을 상기 빔 분할기를 통해 상기 대상물 상의 스폿 위로 이미지화하도록 배치되는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  30. 매질 중에 있는 대상물 내의 위치를 간섭 측정하기 위한 공초점 간섭 측정 시스템으로서, 상기 대상물과 매질의 굴절률 간에 불일치가 있는, 상기 시스템은,
    핀홀들의 어레이로서, 이 어레이는 소스 빔을 수용하여, 상기 핀홀 어레이 중의 각각의 핀홀에 대하여 상기 소스 빔을 상기 핀홀 어레이의 일측 상의 대응 기준 빔과, 상기 핀홀 어레이의 타측 상에의 대응 측정 빔으로 분할하도록 배치되는 것인, 상기 핀홀들의 어레이와;
    상기 핀홀 어레이를 상기 대상물 내의 스폿들의 어레이 위로 이미지화하여, 상기 핀홀 어레이의 각 핀홀에 대한 대응 측정 빔이 상기 스폿 어레이의 다른 대응 스폿으로 향하도록 하고 그 스폿에 대하여 대응 복귀 측정 빔을 생성하도록 구성되는 이미징 시스템으로서, 상기 스폿 어레이를 상기 핀홀 어레이 위로 이미지화하도록 배열되어 상기 스폿 어레이의 각 스폿으로부터의 대응 복귀 측정 빔이 다시 상기 핀홀 어레이 중의 다른 대응 핀홀로 향하게 되는 제1 이미징 시스템을 포함하며, 각각의 핀홀에 대하여 상기 핀홀 어레이는 그 핀홀에 대한 복귀 측정 빔과 기준 빔을 결합하여 대응 결합빔을 생성하는 것인, 상기 이미징 시스템과;
    상기 핀홀 어레이와 정렬되는 검출기 요소들의 어레이를 포함하는 검출기 시스템으로서, 각 핀홀에 대하여 상기 대응 결합빔이 상기 검출기 요소 어레이의 다른 대응 검출기 요소로 향하도록 하는, 상기 검출기 시스템을 포함하고,
    상기 복귀 측정 빔은 상기 대상물로부터 상기 검출기 시스템까지의 대응 경로를 따라 진행하며, 상기 간섭계는 상기 복귀 측정 빔의 대응 경로 중에 위치하는 보상 재료층을 포함하고, 상기 보상 재료층은 상기 복귀 측정 빔의 대응 경로를 따라 굴절률의 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 사이의 불일치를 보상하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 핀홀 어레이 부근에 있는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  32. 제30항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 핀홀 어레이에 직면하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  33. 제30항에 있어서, 상기 대상물의 굴절률은 n0이고, 상기 대상물 바로 위의 매질의 굴절률은 nm이며, 상기 보상 재료층의 굴절률은 nc이며, 상기 복귀 측정 빔이 상기 보상 재료층에 도달하기 직전에 통과하는 매질의 굴절률은 nr이고, n0, nm, nc, nr은 실수이고, n0>nm이며, nc<nr인 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  34. 제30항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 대상물 내에 회절 제한식 측방향 및 종방향 깊이 해상도를 얻기에 충분한 보상을 제공하는 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  35. 제30항에 있어서, 상기 보상 재료층은 다른 보상 재료층으로 대체될 수 있도록 바로 제거 가능한 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  36. 제30항에 있어서, 상기 매질은 공기인 것인 공초점 간섭 측정 시스템.
  37. 매질 중에 있는 대상물 내의 위치를 측정하기 위한 현미경으로서, 상기 대상물과 매질의 굴절률 간에 불일치가 있는, 상기 현미경은,
    입사빔을 발생시키는 소스와;
    검출기 시스템과;
    상기 입사빔의 적어도 일부를 상기 대상물 내의 선택된 스폿 위로 초점을 맞춰 복귀 빔을 생성하는 이미징 시스템과;
    상기 선택된 스폿을 상기 검출기 시스템 위로 이미지화하는 이미징 시스템을 포함하고,
    상기 복귀 빔은 상기 대상물로부터 상기 검출기 조립체까지의 경로를 따라 진행하며, 제2 이미징 시스템은 상기 측정 빔의 경로 중에 위치하는 보상 재료층을 포함하고, 상기 보상 재료층은 상기 측정 빔의 경로를 따라 굴절률의 불일치를 생성하여, 상기 대상물과 매질의 굴절률 불일치를 보상하는 것인 현미경.
  38. 제37항에 있어서, 상기 대상물의 굴절률은 n0이고, 상기 대상물 바로 위의 매질의 굴절률은 nm이며, 상기 보상 재료층의 굴절률은 nc이며, 상기 복귀 측정 빔이 상기 보상 재료층에 도달하기 직전에 통과하는 매질의 굴절률은 nr이고, n0, nm, nc, nr은 실수이고, n0>nm이며, nc<nr인 것인 현미경.
  39. 제37항에 있어서, 상기 보상 재료층은 상기 대상물 내에 회절 제한식 측방향 및 종방향 깊이 해상도를 얻기에 충분한 보상을 제공하는 것인 현미경.
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