KR20050119672A - 간섭계 내에서 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 직교편광 빔의 필드의 결합 측정을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

간섭계 내에서 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 직교편광 빔의 필드의 결합 측정을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

물체의 간섭계 측정을 하는 방법은 다수의 성분 빔들을 포함하는 입력 빔을 생성하는 단계 - 다수의 성분 빔들 각각은 상이한 주파수 상태로 있고, 다수의 성분 빔들 전부는 서로 공간적으로 동연되며, 몇몇 성분 빔들은 제1 편광을 갖고, 나머지 성분 빔들은 제1 편광에 직교하는 제2 편광을 가짐-; 다수의 성분 빔들로부터 다수의 측정 빔들을 구하는 단계 - 다수의 측정 빔들 각각은 그 측정 빔이 구해지는 성분 빔의 주파수 상태로 있음-; 다수의 귀환 측정 빔들을 생성하기 위해 다수의 측정 빔들을 선택된 스팟 상으로 포커싱하는 단계; 다수의 간섭 빔들을 생성하기 위해 다수의 귀환 측정 빔들의 각각의 귀환 측정 빔을 다수의 참조 빔들의 상이한 대응하는 참조 빔과 결합하는 단계; 및 다수의 간섭 빔들로부터 선택된 스팟에 대한 다수의 전기 간섭 신호 값들을 획득하는 단계를 포함한다.

Description

간섭계 내에서 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 결합 측정을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR JOINT MEASUREMENT OF FIELDS OF SCATTERED/REFLECTED OR TRANSMITTED ORTHOGONALLY POLARIZED BEAMS BY AN OBJECT IN INTERFEROMETRY}
본 발명은 직교로 편광된 빔들의 간섭계 측정에 관한 것이다.
비타원법(non-ellipsometric) 간섭계 공초점 원격장 및 근접장 현미경을 실시하는 여러가지 방식이 있다. 몇가지 이러한 공지된 방식은 단일 검출기 소자 또는 비교적 적은 수의 검출기 소자를 갖는 하나의 검출기 및 헤테로다인 기술들의 사용을 수반한다. 다른 방식은 다수의 검출기 소자들을 포함하는 검출기가 사용될 때 반사/산란된 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 획득을 위한 종래의 호모다인 검출 방법과 함께 단계적 응시 방법의 사용을 수반한다. x(φ)αcosφ. 한 필드의 쿼드러처 x(φ)가 ｜α｜cosφ로 표현될 때 필드의 각각의 공액 쿼드러처는 αsinφ이다. 단계적 응시 방법 및 종래의 호모다인 검출 방법은 단계적 응시 방법의 응시 부분 동안에 각각의 간섭계 현미경에 관해 고정된 기판을 이용하여 최소한 4개의 전기 간섭 신호 값의 세트를 각 검출기 소자마다 얻기 위해 사용된다. 최소한 4개의 전기 간섭 신호 값의 세트는 각각의 검출기 소자에 결합되는 기판 내의 또는 기판 상의 한 스팟으로부터의 반사 및/또는 산란된 원격장 또는 근접장을 포함하는 측정 빔의 필드의 공액 쿼드러처를 각 검출기 소자마다 얻기 위해 요구된다.
간섭계 타원법을 실시하는 또 다른 방식은 호모다인 검출 방법의 사용, 또는 단일 검출기 소자 또는 비교적 적은 수의 검출기 소자를 갖는 검출기 및 헤테로다인 기술들의 사용을 수반한다.
또한, 4개의 검출기 사용에 기초한 비타원법 애플리케이션을 위한 더블 호모다인 검출 방법의 사용이 공지되어 있는데, 각각의 검출기는 필드의 공액 쿼드러처의 대응하는 성분을 결정하기 위해 사용된 전기 간섭 신호 값을 생성한다. 예를 들어, G.M D'ariano and M G.A. Paris 저의 "Lower Bounds On Phase Sensitivity In Ideal And Feasible Measurements"란 명칭의 문헌(phys.Rev. A 49, 3022-3036(1994))의 섹션 IV에 있는 설명을 참조하기 바란다. 그 경우에, 4개의 검출기는 동시에 4개의 전기 간섭 신호 값을 생성하고, 각각의 전기 간섭 신호 값은 하나의 공액 쿼드러처 성분에 관련된 정보를 포함한다.
도 1a는 바이 호모다인 및 쿼드 호모다인 검출 방법을 사용하는 간섭계 시스템의 도면.
도 1b는 4개 주파수 생성기로서 동작하도록 구성된 빔 조정기의 개략도.
도 1c는 2개 주파수 생성기로서 동작하도록 구성된 빔 조정기의 한 구간의 개략도.
도 2a는 공초점 현미경 시스템의 개략도.
도 2b는 반사굴절 이미징 시스템의 개략도.
도 2c는 공초점 현미경 시스템에서 사용된 핀홀 어레이의 개략도.
도 2d는 공초점 현미경 시스템에서 사용된 마이크로격자(micrograting) 어레이의 개략도.
여기에 제시된 여러 실시예들은 높은 공간 해상도 공초점 및 비공초점 간섭계 타원법 측정을 수행하는 것에 관한 것이다. 몇몇 실시예는 비교적 빠른 스캐닝 모드 또는 단계적 응시 모드에서 동작할 때 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 결합 측정을 수행하는 것을 포함한다. 그외 다른 실시예들은 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 결합 측정을 수행하는 것을 포함하는데, 필드의 결합 측정은 또한 비교적 빠른 스캐닝 모드 또는 단계적 응시 모드에서 동작할 때 필드들 각각의 공액 쿼드러처의 결합 측정을 포함한다.
한 특정 실시예에 따르면, 최소한 8개의 전기 간섭 신호 값(2개의 직교로 편광된 빔들 각각에 대한 4개의 전기 간섭 신호 값)은 비교적 빠른 스캐닝 모드에서 동작하고 있는 간섭계 타원법 공초점 및 비공초점 현미경으로 획득되고, 최소한 8개의 전기 간섭 신호 값의 각각은 기판 상의 또는 기판 내의 동일한 각각의 스팟에 대응하고, 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 공간 및 시간 좌표에서 결합 측정치를 결정하기 위해 사용될 수 있는 정보를 포함한다.
또한, 여기에 제시된 아이디어에 따르면, 결합 측정치는 선 및 각 변위 간섭계 내의 측정 물체로부터 반사된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처로 이루어진다.
또한, 높은 공간 해상도 간섭계 타원법 공초점 및 비공초점 현미경을 스캐닝하는 분야에서의 본 발명의 다른 구현예는 다수의 검출기 소자를 갖는 한 검출기로 기판에 의해 반사/산란 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 결합 측정치를 얻기 위해 바이(bi) 및 쿼드(quad) 호모다인 검출 방법의 변형을 사용한다. 이미지화되는 기판 내의 및/또는 기판 상의 각 스팟에 대해, 대응하는 8개 전기 간섭 신호 값의 세트가 얻어진다. 8개 전기 간섭 신호 값 세트의 각각은 필드의 각 공액 쿼드러처의 결합 측정치의 결정을 위한 정보를 포함한다. 이와 마찬가지로, 선 및 각 변위 간섭계 분야에서, 결합 측정치는 측정 물체로부터 반사된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 구현예는 필드의 공액 쿼드러처의 결합 결정을 하기 위해 더블 호모다인 검출 방법의 사용을 수반하는데, 각각의 전기 간섭 값은 비타원법 애플리케이션에서의 공액 쿼드러처의 2개의 직교 성분들 각각에 대한 정보를 동시에 포함한다.
여기에 설명된 바이 호모다인 검출 방법의 한 변형은 8개의 전기 간섭 신호 값을 얻는데, 전기 간섭 신호의 각각의 측정 값은 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 2개의 직교 편광 빔 각각에 대한 공액 쿼드러처의 2개의 직교 성분에 대한 정보를 동시에 포함한다. 그러한 바이 호모다인 검출 방법의 변형에 따르면, 단일 검출기 소자는 얻어진 각각의 전기 간섭 신호 값을 위해 사용되고, 간섭계 시스템으로의 입력 빔은 2개의 공액 쿼드러처 각각의 결합 측정을 위한 검출기의 주파수 대역폭에 비해 큰 주파수 차이를 갖는 최소한 4개의 주파수 성분을 포함한다. 2개의 주파수 성분은 검출기 소자에 결합되는 측정 물체 내의 또는 측정 물체 상의 한 스팟으로부터의 반사/산란 또는 투과된 원격장 또는 근접장을 포함하는 측정 빔의 필드의 공액 쿼드러처에 대응하는 전기 간섭 신호 성분을 발생시키기 위해 사용된다. 다른 2개의 주파수 성분은 검출기 소자에 결합되는 측정 물체 내의 또는 측정 물체 상의 한 스팟으로부터의 반사/산란 또는 투과된 측정 빔의 직교 편광 성분의 필드의 각각의 제2 공액 쿼드러처에 대응하는 2개의 다른 전기 간섭 신호 성분을 발생시키기 위해 사용된다. 제1 및 제2 공액 쿼드러처 각각에 대한 정보는 간섭계 시스템 내에서 공간적으로 동연(coextensive)되고 동일한 시간 윈도우 함수를 갖는 4개의 주파수 성분의 결과로서 함께 얻어진다. 스캐닝 모드에서 동작할 때의 시간 윈도우 함수는 간섭계 시스템으로의 입력 빔의 각 펄스 세트의 윈도우 함수에 대응한다.
쿼드 호모다인 검출 방법의 변형이 또한 설명되는데, 이 변형 방법은 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 2개의 직교 편광 빔의 필드에 대한 공액 쿼드러처의 2개의 직교 성분에 관한 정보를 동시에 얻기 위해 간섭계 시스템 내에서 8개의 동연 측정 빔 및 대응하는 참조 빔을 포함하는 간섭계 시스템으로의 입력 빔 및 2개의 검출기를 사용한다. 한 검출기 소자는 4개의 전기 간섭 신호 값을 얻기 위해 사용되고, 제2 검출기 소자는 8개의 전기 간섭 신호 값 중의 다른 4개를 얻기 위해 사용된다.
8개의 동연 측정 빔 및 대응하는 참조 빔은 8개의 주파수 성분을 포함하는 입력 빔을 사용함으로써 동시에 간섭계 시스템 내에서 발생되는데, 각각의 주파수 성분은 하나의 측정 및 대응 참조 빔에 대응한다. 8개의 주파수 성분의 주파수 차이는 8개의 주파수 성분이 2개의 비중첩 빔들 내에서 분석기에 의해 분석되도록 차이진다. 2개의 빔은 2개의 상이한 검출기 소자 상에 입사되는데, 2개의 빔 각각은 4개의 상이한 주파수 성분을 포함하고, 2개의 빔 각각의 4개의 상이한 주파수 성분의 주파수 차이는 검출기들의 주파수 대역폭에 비해 크다. 2개의 검출기 소자 중의 제1 검출기 소자 상에 입사된 4개의 주파수 성분 각각은 검출기 소자에 결합되는 측정 물체 내의 또는 측정 물체 상의 스팟으로부터의 원격장 또는 근접장 레짐(regime)으로 반사/산란 또는 투과된 2개의 직교 측정 빔 성분의 필드의 공액 쿼드러처의 한 성분에 대응하는 전기 간섭 신호 성분을 발생시키기 위해 사용된다. 4개 각각의 주파수 성분 및 공액 쿼드러처의 성분에 관련된 제2 검출기 소자에 대한 설명은 제1 검출기 소자에 관한 대응하는 설명과 동일하다. 따라서, 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 필드의 공액 쿼드러처의 성분에 대한 정보는 간섭계 시스템 내에서 공간적으로 동연되고 동일한 시간 윈도우 함수를 갖는 8개의 주파수 성분의 결과로서 함께 얻어진다. 스캐닝 모드에서 동작할 때의 시간 윈도우 함수는 간섭계 시스템으로의 입력 빔의 각각의 4개 펄스 세트의 윈도우 함수에 대응한다.
산란/반사 또는 투과된 직교 편광 필드의 공액 쿼드러처의 성분에 대한 정보가 입력 빔의 2개의 펄스로 또는 단일 펄스 내에서 얻어지는 쿼드 호모다인 검출 방법의 다른 변형이 설명된다.
스캐닝 모드에서 동작하고, 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용할 때, 검출기 소자의 공액 세트가 정의되어 사용된다. 검출기 소자의 공액 세트는 측정치가 전기 간섭 신호 값의 대응하는 세트로 이루어지는 때에 기판 상의 또는 기판 내의 스팟에 결합되는 검출기의 픽셀을 포함한다.
입력 빔의 주파수 성분 각각에 대해, 참조 및 측정 빔이 생성된다. 소정의 실시예에서, 상이한 위상 편이 결합은 이미지화되는 측정 물체 내의 또는 측정 물체 상의 각 스팟에 대한 8개의 전기 간섭 신호 값의 세트를 획득하기 위해 입력 빔의 하나 이상의 주파수 성분의 주파수를 편이시킴으로써 각각의 참조 빔 성분과 측정 빔 성분 사이에 도입된다. 다른 실시예에서, 상이한 위상 편이 결합은 입력 빔의 하나 이상의 주파수 성분에 대한 참조 및 측정 빔 성분의 상대 위상을 편이시킴으로써 각각의 참조 빔 성분과 측정 빔 성분 사이에 도입된다.
일반적으로, 한 실시양상에서, 본 발명은 물체의 간섭계 측정을 하는 방법을 특징으로 한다. 이 방법은 다수의 성분 빔들을 포함하는 입력 빔을 생성하는 단계-상기 성분 빔들 각각은 상이한 주파수 상태로 있고, 상기 성분 빔들 전부는 서로 공간적으로 동연되며, 몇몇 성분 빔들은 제1 편광을 갖고, 나머지 성분 빔들은 제1 편광에 직교하는 제2 편광을 가짐-; 다수의 성분 빔들로부터 다수의 측정 빔들을 구하는 단계-다수의 측정 빔들 각각은 그 측정 빔이 구해지는 성분 빔의 주파수 상태로 있음-; 다수의 귀환 측정 빔을 생성하기 위해 다수의 측정 빔을 선택된 스팟 상으로 포커싱하는 단계; 다수의 간섭 빔을 생성하기 위해 다수의 귀환 측정 빔의 각각의 귀환 측정 빔을 다수의 참조 빔의 상이한 대응 참조 빔과 결합하는 단계; 및 다수의 간섭 빔으로부터 선택된 스팟에 대한 다수의 전기 간섭 신호 값을 획득하는 단계를 포함한다.
다른 실시예들은 하나 이상의 다음과 같은 특징을 포함한다. 다수의 전기 간섭 신호 값을 획득하는 단계는 다수의 획득된 전기 신호 값들의 각각에 대해, 상기 다수의 간섭 빔의 각각의 간섭 빔을 생성하는 귀환 측정 빔과 참조 빔 사이의 상이한 위상 편이 결합을 도입하는 단계를 포함한다. 다수의 전기 간섭 신호 값들의 각각은 선택된 스팟으로부터 나오는 2개의 직교로 편광된 빔의 2개의 필드에 대한 정보를 동시에 포함한다. 다수의 전기 간섭 신호 값들의 각각은 선택된 스팟에서 물체에 의해 산란, 반사 또는 투과된 2개의 직교 편광 빔의 각 필드의 2개의 공액 쿼드러처에 대한 정보를 동시에 포함한다. 검출기 소자는 주파수 대역폭에 의해 특징지워지는 감도를 갖는 검출기를 포함하고, 상기 방법은 최소한 검출기의 주파수 대역폭보다 큰 양만큼 서로 분리되어 있는 다수의 성분 빔들을 위한 주파수들을 사용하는 단계를 더 포함한다. 다수의 성분 빔은 상기 제1 및 제2 편광의 각각에서 동일한 수의 빔을 포함한다. 다수의 성분 빔은 제1 편광을 갖는 2개의 빔 및 제2 편광을 갖는 2개의 빔을 포함한다. 대안적으로, 다수의 성분 빔은 제1 편광 상태을 갖는 4개의 빔 및 제2 편광을 갖는 4개의 빔을 포함한다. 다수의 간섭 빔의 각각의 간섭 빔을 생성하는 귀환 측정 빔과 참조 빔 사이의 상이한 위상 편이 결합을 도입하는 단계는 다수의 성분 빔의 빔 주파수 내로 여러가지 주파수 편이를 도입하는 단계를 포함한다. 결합 단계는 공간적으로 동연되는 다수의 간섭 빔을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 다수의 간섭 빔을 단일 검출기 소자 상으로 포커싱하는 단계를 더 포함한다. 다수의 간섭 빔으로부터 다수의 전기 간섭 신호 값을 획득하는 단계는 8개의 전기 간섭 신호 값을 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 다수의 획득된 전기 간섭 신호 값으로부터, 선택된 스팟에서 물체에 의해 산란, 반사 또는 투과되는 직교 편광 빔의 필드에 대한 정보를 계산하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 다른 실시양상에서, 본 발명은 물체의 간섭계 측정을 하는 간섭계 시스템을 특징으로 한다. 이 시스템은 동작 동안에, 제1 편광을 갖는 제1 빔 세트 및 제1 편광에 직각인 제2 편광을 갖는 제2 빔 세트를 포함하는 출력 빔을 전달하는 빔 생성 모듈 - 제1 및 제2 빔 세트의 모든 빔은 상이한 주파수 상태로 있고, 출력 빔 내에서는 공간적으로 동연되며, 빔 생성 모듈은 동작 동안에, 제1 및 제2 빔 세트의 각 빔의 선택된 파라미터에 일련의 상이한 편이들을 도입하는 빔 조정기(conditioner)를 포함하고, 선택된 파라미터는 위상 및 주파수로 이루어진 그룹으로부터 선택됨-; 검출기 조립체; 및 제1 편광을 갖는 제1 측정 빔 세트 및 제2 편광을 갖는 제2 측정 빔 세트를 출력 빔으로부터 생성하도록 구성된 간섭계를 포함하는데, 상기 간섭계는 또한 물체 상의 선택된 스팟 상으로 제1 및 제2 측정 빔 세트를 이미지화하여, 그들로부터 대응하는 제1 및 제2 귀환 측정 빔 세트를 생성하고, 제1 및 제2 귀환 측정 빔 세트를 다수의 대응하는 참조 빔과 결합하여, 제1 및 제2 간섭 빔 세트를 생성해서, 제1 및 제2 간섭 빔 세트를 검출기 조립체 상으로 동시에 이미지화하도록 구성된다.
다른 실시예들은 하나 이상의 다음과 같은 특징을 포함한다. 제1 및 제2 측정 빔 세트의 측정 빔들은 공간적으로 동연되고, 동일한 시간 윈도우 함수를 공유한다. 빔 조정기는 각 빔의 선택된 파라미터에 일련의 상이한 편이들을 도입함으로써, 다수의 간섭 빔의 각각의 간섭 빔을 생성하는 귀환 측정 빔과 참조 빔 사이에 상이한 위상 편이 결합을 도입한다. 검출기 조립체는 전기 간섭 신호 값을 발생시키기 위해 제1 및 제2 간섭 빔 세트가 동시에 포커싱되는 검출기 소자를 포함하고, 전기 간섭 신호 값은 선택된 스팟으로부터 나오는 2개의 직교로 편광된 빔의 필드에 대한 정보를 동시에 포함한다. 전기 간섭 신호 값은 선택된 스팟에서 물체에 의해 산란, 반사 또는 투과된 2개의 직교 편광 빔의 각 필드의 2개의 공액 쿼드러처에 대한 정보를 동시에 포함한다. 검출기 조립체는 주파수 대역폭에 의해 특징지워지는 감도를 갖는 검출기를 포함하고, 제1 및 제2 빔 세트의 빔 주파수는 최소한 검출기의 주파수 대역폭보다 큰 양만큼 서로 분리되어 있다. 제1 및 제2 빔 세트는 각각 2개의 빔을 포함한다. 대안적으로, 제1 및 제2 빔 세트는 각각 4개의 빔을 포함한다.
최소한 한 실시예의 한 장점은 기판의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지가 비교적 빠른 스캔 속도로 스캐닝 모드에서 동작할 때의 간섭계 공초점 및 비공초점 원격장 및 근접장 현미경에서 얻어질 수 있다는 것이다. 이미지는 물체에 의해 반사/산란 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 1차원 어레이, 2차원 어레이 또는 3차원 어레이를 포함한다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 기판에 의해 반사/산란 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 결정시에 사용된 정보가 함께, 즉 동시에 얻어진다는 것이다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 스캐닝 모드에서 동작시에 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용할 때 함께 얻어지는 필드의 공액 쿼드러처가 스캔 동안 상이한 시간에 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟에 결합되는 공초점 현미경 시스템에서 사용되는 핀홀의 공액 세트의 특성에 있어서의 핀홀 대 핀홀 변형의 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 스캐닝 모드에서 동작시에 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용할 때 함께 얻어지는 필드의 공액 쿼드러처가 스캔 동안 상이한 시간에 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟에 결합되는 한 세트의 공액 픽셀 내의 특성의 픽셀 대 픽셀 변형 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 스캐닝 모드에서 동작시에 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용할 때 함께 얻어지는 필드의 공액 쿼드러처가 간섭계 시스템으로의 입력 빔의 각 펄스 세트의 펄스 대 펄스 변형의 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 직교로 편광된 측정 빔을 사용하여 단위 시간 당 이미지화된 기판 내의 및/또는 기판 상의 스팟의 수와 관련하여 간섭계 원격장 또는 근접장 공초점 또는 비공초점 현미경에 대한 처리량이 증가된다는 것이다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 직교로 편광된 측정 빔을 사용하여 간섭계 원격장 및 근접장 공초점 및 비공초점 현미경에서 얻은 기판의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지의 계통적인 에러가 감소된다는 것이다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 직교로 편광된 측정 빔을 사용하여 간섭계 원격장 및 근접장 공초점 및 비공초점 현미경에 의해 기판의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지를 생성할 때의 진동에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 간섭계 원격장 및/또는 근접장 공초점 및 비공초점 현미경 및 직교로 편광된 측정 빔을 사용하여 이미지화된 기판 내의 및/또는 기판 상의 각 스팟의 8개의 전기 간섭 값의 획득 동안에, 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟과 멀티픽셀 검출기의 공액 픽셀의 공액 이미지의 오버레이(overlay) 에러에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
최소한 한 실시예의 다른 장점은 소정의 실시예에서, 입력 빔 성분의 위상이 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용하는 결과로서 각각의 측정된 공액 쿼드러처의 값에 영향을 미치지 않는다는 것이다.
높은 신호 대 잡음비를 갖는 고속의 높은 공간 해상도 이미징은 예를 들어 마이크로리소그래피에서의 마스크 및 웨이퍼의 검사시에 요구된다. 직교로 편광된 측정 빔 및 높은 신호 대 잡음 비를 갖는 높은 공간 해상도 이미징을 얻는 2가지 기술은 간섭계 원격장 및 근접장 공초점 현미경이다. 그러나, 높은 공간 해상도 이미징에 따른 높은 신호 대 잡음비는 이미지화되고 있는 기판 내의 및/또는 기판 상의 각 스팟에 대한 반사/산란 또는 투과된 빔의 필드의 공액 쿼드러처를 얻어야 하는 필요성에 의해 일반적으로 데이터 속도를 부분적으로 제한한다. 직교로 편광된 성분을 포함하는 측정 빔을 사용할 때의 공액 쿼드러처의 결정은 이미지화되고 있는 기판 내의 및/또는 기판 상의 각 스팟에 대한 최소한 8개의 전기 간섭 신호 값의 측정을 필요로 한다. 각 스팟에 대한 최소한 8개의 전기 간섭 신호 값의 획득은 크기가 30 nm 정도로 줄어드는 아티팩트를 갖는 기판의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지의 발생시에 얼마나 큰 스캔 속도가 이용될 수 있는 지에 관해 엄격한 제한을 둔다.
바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 사용은 엄격한 제한을 완화시키고, 이미지화되고 있는 각 스팟에 대해 높은 신호 대 잡음비를 갖는 높은 공간 해상도 타원법 이미징에서의 처리량이 상당히 증가될 수 있게 한다. 엄격한 제한은 이미지화되고 있는 각 스팟에 대해 최소한 8개 핀홀의 공액 세트 및 최소한 8개 픽셀의 공액 세트를 사용하여 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 결합 측정을 한 결과로서 완화되는데, 필드의 공액 쿼드러처의 한 성분의 결정시에 사용된 측정된 최소한 8개의 전기 간섭 신호 값의 시간 윈도우 함수는 필드의 공액 쿼드러처의 다른 3개 성분 각각의 결정시에 사용된 측정된 최소한 8개의 전기 간섭 신호 값의 시간 윈도우 함수와 동일하다. 바이 호모다인 검출 방법의 변형의 경우, 시간 윈도우 함수는 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 측정 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 각 성분의 결정을 위해 입력 빔의 상이한 주파수 성분을 사용함으로써 동일하게 된다. 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 경우, 시간 윈도우 함수는 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 측정 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 각 성분의 결정을 위해 입력 빔의 2개의 상이한 주파수 성분을 사용함으로써 동일하게 된다. 각각 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법을 위한 입력 빔의 4개 주파수 성분 세트 및 8개 주파수 성분 세트는 공간 및 시간 좌표에서 동연되고, 즉 공간적으로 동연되고, 동일한 시간 윈도우 함수를 갖는다.
몇가지 실시예가 설명되는데, 이들 실시예는, 예를 들어 파장 모니터, 개스 모니터의 굴절도, 개스의 역분산력 Γ의 모니터, 및 분산 간섭계에서 사용되는 것과 같은, 간섭계 공초점 및 비공초점 원격장 타원법 현미경 시스템, 간섭계 공초점 및 비공초점 근접장 현미경 시스템, 및 선 변위 간섭계를 포함한다. 실시예들에 관한 일반적인 설명은 먼저 간섭계 시스템에 대해 제공되는데, 여기에서, 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형은 측정 물체에 의해 산란/반사 또는 투과된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 결합 측정을 하기 위해 간섭계 시스템에서 사용된다. 도 1a를 참조하면, 간섭계 시스템은 간섭계(10), 소스(18), 빔 조정기(22), 검출기(70), 전자 프로세서 및 제어기(80) 및 측정 물체(60)를 포함하는 것으로 도식적으로 도시된다. 소스(18)는 한가지 이상의 주파수 성분을 포함하는 입력 빔(20)을 발생시키는 펄스형 또는 셔터형(shuttered) 소스이다. 입력 빔(20)은 2개의 직교로 편광된 성분을 포함하는 입력 빔(24)으로서 빔 조정기(22)에 입사되고 출사된다. 직교로 편광된 성분들 각각은 2개 이상의 상이한 주파수 성분을 포함한다. 입력 빔(24)의 주파수 성분의 측정 빔 성분은 공간적으로 동연되고, 동일한 시간 윈도우 함수를 가지며, 대응하는 참조 빔 성분은 공간적으로 동연되고, 동일한 시간 윈도우 함수를 갖는다.
참조 및 측정 빔은 입력 빔(24)의 2개 또는 4개의 주파수 성분들 각각에 대해 빔 세트로부터 빔 조정기(22) 내에서 발생되거나, 또는 간섭계(10) 내에서 발생된다. 빔 조정기(22) 또는 간섭계(10) 내에서 발생된 측정 빔(30A)은 기판(60)에 입사된다. 측정 빔(30B)은 기판(60)에 의해 반사 및/또는 산란된 측정 빔(30A)의 일부 또는 기판(60)에 의해 투과된 측정 빔(30A)의 일부로서 발생된 귀환 측정 빔이다. 귀환 측정 빔(30B)은 간섭계(10) 내에서 참조 빔과 결합되어, 출력 빔(32)을 형성한다.
출력 빔(32)은 각각 바이 호모다인 또는 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형에 대해 소스 펄스 당 하나 이상의 전기 간섭 신호를 생성하기 위해 검출기(70)에 의해 검출되고, 신호(72)로서 투과된다. 검출기(70)는 혼합 빔을 형성하기 위해 빔(32)의 참조 및 귀환 측정 빔 성분들의 공통 편광 상태를 선택하기 위한 분석기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 간섭계(10)는 빔(32)이 혼합 빔이 되도록 참조 및 귀환 측정 빔 성분들의 공통 편광 상태를 선택하기 위한 분석기를 포함할 수 있다.
실제로, 공지된 위상 편이는 2가지 서로다른 기술에 의해 출력 빔(32)의 참조 및 측정 빔 성분들 사이에 도입된다. 제1 기술에 있어서, 위상 편이는 간섭계(10) 내의 참조 빔 경로와 측정 빔 경로 사이의 비-제로(non-zero) 광학 경로 차이, 및 전자 처리기 및 제어기(80)로부터의 신호(74)에 의해 제어되는 소스(18) 및/또는 빔 조정기(22)에 의한 입력 빔(24)의 주파수 성분들에 도입된 대응하는 주파수 편이의 결과로서, 출력 빔(32)의 주파수 성분의 각각에 대해 대응하는 참조 빔 성분과 측정 빔 성분 사이에 도입된다. 제2 기술에 있어서, 위상 편이는 전자 처리기 및 제어기(80)로부터의 신호(74)에 의해 제어되는 빔 조정기(22)에 의한 입력 빔(24)의 주파수 성분들의 각각에 대해 참조 빔 성분과 측정 빔 성분 사이에 도입된다.
상이한 실시예들의 입력 빔 요구사항에 부합하도록 소스(18) 및 빔 조정기(22)를 구성하기 위한 상이한 방식들이 있다. 도 1b를 참조하면, 빔 조정기(22)의 제1 실시예가 주파수 편이 도입에 대해 개략적으로 도시된다. 빔 조정기(22)는 2개의 다른 빔 조정기(510 및 1510), 편광-빔 스플리터(520 및 532), 및 미러(522 및 534)를 포함한다. 입력 빔(20)은 도 1b의 평면에 평행하고 그 평면에 직각인 편광면들을 갖는 2개의 직교로 편광된 주파수 성분을 포함한다. 입력 빔(20)의 2개의 주파수 성분은 레이저의 2개의 상이한 직교로 편광된 수직 여기(excied) 모드로서 예를 들어 소스(18)에서 발생될 수 있다. 입력 빔(20)은 편광 빔 스플리터(520)에 입사되고, 그것의 일부분은 빔(524)으로서 투과된다. 편광 빔 스플리터(520)에 입사되는 입력 빔(20)의 제2 부분은 미러(522)에 의한 반사 후에 빔(1524)을 형성하도록 반사된다. 직교로 편광된 빔(524 및 1524)의 주파수들은 빔(24)의 2개의 상이한 주파수에 대응한다. 빔(524)의 편광면은 도 1b의 평면에 평행하고, 빔(1524)의 편광면은 도 1b의 평면에 직각이다.
빔(524 및 1524)은 각각 빔 조정기(510 및 1510)에 입사되고, 각각 빔(528 및 1528)으로서 출사된다. 빔(528 및 1528)의 편광면은 각각 도 1b의 평면에 대해 평행 및 직각이다. 빔(528 및 1528)은 각각 2개의 상이한 주파수 성분을 포함하고, 빔(528)의 2개의 주파수 성분은 빔(1528)의 2개의 주파수 성분과 다르다. 빔(528 및 1528)의 주파수는 신호(74)에 의해 제어된다.
빔(528 및 1528)은 그 후, 편광 빔 스플리터(532) 및 미러(534)에 의해 빔(24)을 형성하도록 결합될 수 있다. 빔(24)은 도 1b의 평면에 평행한 편광면을 갖는 2개의 상이한 주파수 성분, 및 도 1b의 평면에 직각인 편광면을 갖는 다른 2개의 상이한 주파수 성분을 포함한다. 4개의 상이한 주파수 성분 각각의 주파수는 신호(74)에 의해 개별적으로 제어된다.
도 1c를 참조하면, 빔 조정기(510)가 개략적으로 도시된다. 신호(74)는 빔 조정기(510)의 주파수 제어를 위한 제1 신호 성분, 및 빔 조정기(1510)의 주파수 제어를 위한 제2 신호 성분을 포함한다. 빔 조정기(510)는 도 1c의 평면에 평행한 편광면을 갖는 입력 빔을 수신하도록 구성되고, 빔 조정기(1510)는 도 1c의 평면에 직각인 편광면을 갖는 입력 빔을 수신하도록 구성된다. 빔 조정기(510 및 1510)의 출력 빔의 편광면은 각각의 입력 빔의 편광면과 동일하다.
빔 조정기(510)는 음향-광학 변조기(1120, 1126, 1130, 1132, 1142, 1146, 1150, 1154, 1058 및 1062); 빔 스플리터(1168); 및 미러(1166)를 포함한다. 입력 빔(524)은 도 1c의 평면에 평행한 편광면을 갖는 음향-광학 변조기(1120)에 입사된다. 빔(524)의 제1 부분은 음향-광학 변조기(1120)에 의해 빔(1122)으로서 회절된 다음에, 도 1c의 평면에 평행한 편광을 갖는 빔(1128)으로서 음향-광학 변조기(1126)에 의해 회절된다. 빔(524)의 제2 부분은 도 1c의 평면에 평행한 편광면을 갖는 비회절 빔(1124)으로서 투과된다. 음향-광학 변조기(1120)로의 음향 전력은 빔(1122 및 1124)이 명목상 동일한 세기를 갖도록 조정된다.
음향-광학 변조기(1120 및 1126)는 비등방성 브랙 회절형 또는 등방성 브랙 회절형일 수 있다. 음향-광학 변조기(1120 및 1126)에 의해 도입된 주파수 편이는 동일한 부호로 되고, 주파수 편이와 동일한 주파수 차이를 갖는 참조 빔과 측정 빔 사이의 π/2 mod 2π 위상 차이를 간섭계(10) 내에서 발생시킬 주파수 편이 Δf1의 1/2과 같다. 빔(1128)의 전달 방향은 빔(1124)의 전달 방향과 평행하다.
계속하여 도 1c를 참조하면, 빔(1128)은 음향-광학 변조기(1132)에 입사되고, 음향-광학 변조기(1132)에 의해 빔(1134)으로서 회절되거나, 전자 처리기 및 제어기(80)로부터의 제어 신호(74)에 따라 빔(1136)으로서 음향-광학 변조기(1132)에 의해 투과된다. 빔(1134)이 생성되면, 빔(1134)은 빔(1152)의 주파수 편이된 빔 성분으로서 음향-광학 변조기(1142, 1146 및 1150)에 의해 회절된다. 음향-광학 변조기(1132, 1142, 1146 및 1150)에 의해 도입된 주파수 편이는 모두 동일한 방향이고, 그 크기가 Δf2/2와 같은데, 주파수 편이 Δf2는 주파수 편이 Δf2와 동일한 주파수 차이를 갖는 참조 빔과 측정 빔 사이의 π/2 mod 2π 위상 차이를 간섭계(10) 내에서 발생시킬 것이다. 그러므로, 음향-광학 변조기(1132, 1142, 1146 및 1150)에 의해 도입된 순수 주파수 편이는 ±2Δf2이고, 간섭계(10) 내에서 각각의 참조 빔과 측정 빔 사이에 상대 π 위상 mod 2π를 발생시킬 것이다. 음향-광학 변조기(1120, 1126, 1132, 1142, 1146 및 1150)에 의해 도입된 순수 주파수 편이는 Δf1±2Δf2이고, 간섭계(10) 내에서 각각의 참조 빔과 측정 빔 사이에 π/2±π mod 2π의 각각의 상대 위상 편이를 발생시킬 것이다. 주파수 편이 Δf1 및 Δf2는 크기가 같을 수 있다.
빔(1136)이 생성되면, 빔(1136)은 빔(1128)에 관한 빔(1152)의 비주파수 편이 빔 성분으로서 음향-광학 변조기(1150)에 의해 투과된다. 음향-광학 변조기(1120, 1126, 1132 및 1150)에 의해 도입된 주파수 편이는 Δf1이고, 간섭계(10) 내에서 각각의 참조 빔과 측정 빔 사이에 π/2 mod 2π의 각각의 상대 위상 편이를 발생시킬 것이다. 빔(1152)의 2개의 상이한 주파수 편이된 성분의 편광면은 도 1c의 평면에 평행하다.
빔(1124)은 음향-광학 변조기(1130)에 입사되고, 음향-광학 변조기(1130)에 의해 빔(1140)으로서 회절되거나, 전자 처리기 및 제어기(80)로부터의 제어 신호(74)에 따라 빔(1138)으로서 음향-광학 변조기(1130)에 의해 투과된다. 빔(1140)이 생성되면, 빔(1140)은 빔(1164)의 주파수 편이된 빔 성분으로서 음향-광학 변조기(1154, 1158 및 1162)에 의해 회절된다. 음향-광학 변조기(1130, 1154, 1158 및 1162)에 의해 도입된 주파수 편이는 모두 동일한 방향이고, ±Δf3/2와 같은데, 주파수 편이 Δf3는 주파수 편이 Δf3와 동일한 주파수 차이를 갖는 참조 빔과 측정 빔 사이의 π/2 mod π 위상 차이를 간섭계(10) 내에서 발생시킬 것이다. 그러므로, 음향-광학 변조기(1130, 1154, 1158 및 1162)에 의해 도입된 순수 주파수 편이는 ±2Δf3이고, 간섭계(10) 내에서 각각의 참조 빔과 측정 빔 사이에 π mod 2π의 상대 위상 편이를 발생시킬 것이다. 음향-광학 변조기(1120, 1130, 1154, 1158 및 1162)에 의해 도입된 순수 주파수 편이는 ±2Δf3이고, 간섭계(10) 내에서 각각의 참조 빔과 측정 빔 사이에 ±π mod 2π의 각각의 상대 위상 편이를 발생시킬 것이다.
빔(1138)이 생성되면, 빔(1138)은 빔(1164)의 비주파수 편이 빔 성분으로서 음향-광학 변조기(1162)에 의해 투과된다. 음향-광학 변조기(1120, 1130 및 1162)에 의해 도입된 주파수 편이는 0이고, 간섭계(10) 내에서 각각의 참조 빔과 측정 빔 사이에 0의 각각의 상대 위상 편이를 발생시킬 것이다. 빔(1164)의 주파수 편이된 및 주파수 편이되지 않은 성분의 편광면은 도 1c의 평면에 평행하다.
빔(1152 및 1164)은 결합되어 빔(528)을 형성한다. 빔(1152)은 도 1c의 평면에 평행한 편광면을 갖는 빔(528)의 한 성분으로서 비편광 빔 스플리터(1168)에 의해 투과된다. 빔(1164)은 도 1c의 평면에 평행한 편광면을 갖는 빔(528)의 제2 성분으로서 미러(1166)에 의한 반사 후에 비편광 빔 스플리터(1168)에 의해 반사된다. 음향-광학 변조기(1120, 1126, 1130, 1132, 1142, 1146, 1150, 1154, 1058 및 1062)는 비등방성 브랙 회절형 또는 등방성 브랙 회절형일 수 있다.
빔 조정기(1510)의 설명은 2개의 빔 조정기에 의해 도입된 주파수 편이의 크기, 신호(74)에 의한 제어, 및 각 입력 빔의 편광 상태에 관한 것을 제외하고는, 빔 조정기(510)의 대응하는 설명 부분과 동일하다. 빔 조정기(1510)에 의해 도입된 주파수 편이 Δf10, Δf20 및 Δf30의 설명은 각각 빔 조정기(510)에 의해 도입된 주파수 편이 Δf1, Δf2 및 Δf3의 대응하는 설명과 동일하다. 주파수 편이 Δf1, Δf2, Δf3, Δf10, Δf20, Δf30의 선택 및 빔(20)의 2개의 주파수 성분들 사이의 주파수 차이의 선택은 상술된 바와 같이, 빔(528 및 1528)이 각각 2개의 상이한 주파수 성분을 포함하고, 빔(528)의 2개의 주파수 성분이 빔(1528)의 2개의 주파수 성분과 다르도록 이루어진다.
제2 기술의 예시적인 빔 조정기는 여기에서 참조로 사용되는 "Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted Beams by an Object in Interferometry"란 명칭으로 2003년 1월 27일자로 출원된 인용된 미합중국 가특허출원 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/765,369호(ZI-47)에 설명된 것과 같은 빔 조정기의 주파수 편이형 및 2개의 주파수 생성기의 결합을 포함한다. 이 경우에, 빔 조정기(510 및 1510)는 각각 2개의 주파수 생성기 및 위상 편이형 빔 조정기를 포함한다.
상이한 실시예들의 입력 빔 요구사항에 부합하도록 소스(18) 및 빔 조정기(22)를 구성하기 위한 상이한 방식에 관한 설명을 계속하면, 소스(18)는 바람직하게 펄스형 소스로 구성될 것이다. 펄스형 소스를 생성하기 위한 상이한 방식이 다수 있다[Chapter 11 entitled "Lasers", Handbook of Optics, 1, 1995(McGraw-Hill, New York) by W.Silfvast 참조]. 소스(18)의 각 펄스는 모드 로크드(mode locked) Q-스위치드 Nd:YAG 레이저에 의해 생성된 것과 같은 단일의 펄스 또는 펄스 열을 포함할 수 있다. 단일 펄스 열은 여기에서 펄스로서 언급된다. "펄스"와 "펄스열"은 여기에서 교환가능하게 사용된다.
소스(18)는 "Tunable, Coherent Sources For High-Resolution VUV and XUV Spectroscopy" by B.P.Stoicheff, J.R.Banic, P.Herman, W.Jamroz, P.E.LaRocque, and R.H.Lipson in Laser Techniques for Extreme Ultraviolet Spectroscopy, T.J.McIlrath and R.R.Freeman, Eds.,(American Institute of Physics) p 19(1982)의 검토 문헌에서 설명된 것과 같은 기술들에 의해 하나 이상의 주파수를 생성하도록 소정의 실시예에서 구성될 수 있다. 이 기술들은 "Generation of Ultraviolet and Vacuum Ultraviolet Radiation" by S.E.Harris, J.F.Young, A.H.Kung, D.M.Bloom, and G.C.Bjorklund in Laser Spectroscopy I, R.G.Brewer and A.Mooradi, Eds.(Plenum Press, New York) p 59(1974) and "Generation of Tunable Picosecond VUV Radiation" by A.H.Kung, Appl.Phys.Lett.25, p 653(1974)의 문헌에서 설명된 것과 같은, 예를 들어 제2 및 제3 하모닉 생성 및 파라메트릭 생성을 포함한다. 3개의 인용된 문헌의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다.
2개 이상의 주파수 성분을 포함하는 소스(18)로부터의 출력 빔은 상이한 실시예들에서 요구된 바와 같이 공간적으로 분리되거나 동일하게 퍼지는 동연 측정 및 참조 빔을 형성하기 위해 빔 스플리터에 의해 빔 조정기(22) 내에서 결합될 수 있다. 소스(18)가 2개 이상의 주파수 성분을 제공하도록 구성되면, 소정의 실시예에서 요구된 여러 성분의 주파수 편이는 예를 들어 파라메트릭 생성기로의 입력 빔의 주파수 변조에 의해 소스(18) 내에 도입될 수 있고, 빔 조정기(22) 내의 측정 빔에 대한 참조 빔의 위상 편이는 예를 들어 프리즘 또는 미러 및 압전 트랜스레이터로 구성된 광학-기계형, 또는 전기-광학 변조기형의 위상 시프터에 의해 달성될 수 있다.
도 1a를 참조하여 일반적인 설명이 계속된다. 입력 빔(24)은 참조 빔 및 측정 빔이 생성되는 간섭계(10)에 입사된다. 참조 빔 및 측정 빔은 2개의 참조 빔 어레이 및 2개의 측정 빔 어레이를 포함하는데, 어레이들은 한 요소의 어레이들을 포함할 수 있다. 측정 빔 어레이는 기판(60) 상에 및/또는 기판(60) 내에 포커싱되고, 귀환 측정 빔의 어레이는 기판에 의한 반사/산란에 의해 발생된다. 참조 빔 및 측정 빔에 대한 단일 요소 어레이의 경우에, 측정 빔은 일반적으로 기판(60)에 의해 반사된다. 참조 빔 및 귀환 측정 빔의 어레이는 빔 스플리터에 의해 결합되어 출력 빔의 2개의 어레이를 형성한다. 출력 빔의 어레이들은 간섭계(10) 또는 검출기(70) 내의 편광 상태와 관련하여 혼합된다. 출력 빔 어레이는 그 후, 멀티픽셀 검출기의 픽셀 상의 스팟에 포커싱되고, 전기 간섭 신호(72)를 생성하기 위해 검출된다.
귀환 측정 빔의 필드의 공액 쿼드러처는 Hernry A. Hill 저의 "Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered Beams by an Object in Interferometry"란 명칭의 공동 소유된 미합중국 가특허 출원 제60/442,858호(ZI-47), 및 Henry A. Hill 저의 "Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted Beams by an Object in Interferometry"란 명칭으로 2004년 1월 27일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/765,369호(ZI-47)에서 설명되는 것과 같은 바이 또는 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용함으로써 얻어진다. 인용된 미합중국 가특허 출원 및 미합중국 특허 출원의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다.
몇몇 실시예에서 사용된 바이 호모다인 검출 방법의 변형을 참조하면, 8개 전기 간섭 신호 값의 세트는 이미지화되고 있는 기판(60) 상의 및/또는 기판(60) 내의 각 스팟에 대해 얻어진다. 이미지화되고 있는 기판 상의 및/또는 기판 내의 단일 스팟에 대한 필드의 공액 쿼드러처를 얻기 위해 사용된 8개의 전기 간섭 신호 값의 세트 Sj, j=1,2,...,8은 척도 인자 내에서 바이-호모다인 검출에 대해 다음 식으로 표현된다.
여기에서, 계수 Am은 인덱스 m을 갖는 입력 빔(24)의 주파수 성분에 대응하는 참조 빔의 진폭을 나타내고; 계수 Bm은 참조 빔 Am에 대응하는 배경 빔의 진폭을 나타내며; 계수 Cm은 참조 빔 Am에 대응하는 귀환 측정 빔의 진폭을 나타내고; Pj는 8개 펄스 시퀀스의 펄스 j 내의 입력 빔(24)의 제1 주파수 성분의 통합 강도를 나타내며; 에 대한 예시적인 값 세트는 표 1에 열거된다. 에 대한 다른 값 세트가 사용될 수 있는데, 에 대한 다른 값 세트는 후술되는 수학식 2 및 3에서 설명된 조건을 만족시킨다.
1에서 -1까지 또는 -1에서 1까지의 값의 변경은 각각의 참조 및 측정 빔의 상대 위상 변경에 대응한다. 계수 , 및 는 각각 참조 빔, 배경 빔 및 귀환 측정 빔에 대해, 기판(60) 상의 및/또는 기판(60) 내의 스팟의 생성시에 사용되는 경우에 크기 및 모양과 같은 8개의 핀홀의 공액 세트의 특성의 변형 효과, 및 기판(60) 상의 및/또는 기판(60) 내의 스팟에 대응하는 8개의 검출기 픽셀의 공액 세트의 감도의 변형 효과를 나타낸다.
관계식 및 은 빔(32) 내의 대응하는 참조 빔 성분과 귀환 측정 빔 사이의 상대 위상 편이의 제어에 의해 및 이기 때문에 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고서 수학식 1을 유도하는데 사용되었다.
또한, 수학식 1에서, ｜A2｜/｜A1｜의 비는 j 또는 Pj 값에 종속되지 않는 것으로 가정되었다. 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고 중요한 특징을 예측하도록 Sj의 표현을 단순화하기 위해, 또한 수학식 1에서, 귀환 측정 빔의 대응하는 진폭의 비가 j 또는 Pj 값에 종속되지 않는 것으로 가정된다. 그러나, 비｜C2｜/｜C1｜ 및 ｜C4｜/｜C3｜은 A2 및 A1에 대응하는 측정 빔 성분의 진폭 비가 비｜A2｜/｜A1｜과 다르고, A4 및 A3에 대응하는 측정 빔 성분의 진폭 비가 비｜A4｜/｜A3｜과 다를 때에 각각 비 ｜A2｜/｜A1｜ 및 ｜A4｜/｜A3｜과 다를 것이다.
의 변경을 위한 위상 의 변경은 입력 빔 성분의 주파수를 변경함으로써 참조 빔과 측정 빔의 어레이들 사이에 위상 편이가 도입되는 실시예의 경우에 π와 다를 수 있다. 인자 가 로 쓰여질 수 있다는 것을 아는 것은 배경 빔의 효과를 평가할 때에 유용할 수 있으며, 위상 차이 는 측정된 위상 과 동일하다.
수학식 1에서의 공액 쿼드러처의 성분 및 은 다음의 수학식 2 때문에 0의 평균값을 갖는 함수라는 것이 수학식 1의 조사로부터 명백하다.
다른 중요한 특성은 및 가 j=1,2,...,8의 범위에 걸쳐 직교하기 때문에, 즉, 다음의 수학식 3과 같기 때문에 공액 쿼드러처 및 는 인 경우에 m=1,2,3,4의 범위에 걸쳐 직교한다는 것이다.
여기에서, 는 다음과 같이 정의된 크로네커 델타(Kronecker delta)이다.
공액 쿼드러처 및 에 대한 정보는 수학식 3에 의해 표시된 의 직교성에 기초하는 신호 Sj에 관한 디지털 필터 Fm(Sj)를 사용하여 얻어진다. Fm(Sj)의 정의 및 디지털 필터 Fm(Sj)의 출력은 다음과 같다.
여기에서, 및 은 각각 및 를 나타내기 위해 디지털 필터에서 사용된 값이다.
다음 파라미터
는 공액 쿼드러처의 결정을 완료하기 위해 결정될 필요가 있다. 수학식 6과 7에서 제공된 파라미터는 예를 들어, π/2 위상 편이를 참조 빔 및 측정 빔의 상대 위상 내로 도입하고 공액 쿼드러처의 측정을 반복함으로써 측정될 수 있다. 제2 측정으로부터의 및 에 각각 대응하는 공액 쿼드러처의 진폭 비에 의해 나누어진 제1 측정으로부터의 및 에 대응하는 공액 쿼드러처의 진폭 비는 각각 다음식과 동일하다.
수학식 5에서의 소정의 인자들은 척도 인자 내에서 8의 공칭값을 갖는데, 예를 들어 다음과 같다는 것을 알기바란다.
여기에서, 는 수학식 4에 의해 정의된 크로네커 델타이다. 평균값 이라고 하면, 척도 인자는 의 비에 대한 평균값에 대응한다.
수학식 5에서의 소정의 다른 인자는 0의 공칭값을 갖는데, 예를 들어 다음과 같다.
나머지 인자들,
은 대략 0에서 코사인 인자의 약 8배까지의 범위의 공칭 크기, 및 각각의 위상의 특성에 따라 인자 또는 의 평균값을 가질 것이다. 각각의 측정 빔의 위상을 제1 근사치까지 추적하지 않는 위상을 갖는 배경 부분에 대해, 수학식 12에 열거된 모든 항의 크기는 대략 0이 될 것이다. 각각의 측정 빔의 위상을 제1 근사치까지 추적하는 위상을 갖는 배경 부분에 대해, 수학식 12에 열거된 항의 크기는 코사인 인자의 약 8배, 및 인자 또는 인자 의 평균값이 될 것이다.
수학식 5에서의 2개의 잠재적으로 가장 큰 항은 일반적으로 인자 를 갖는 항이다. 그러나, 대응하는 항은 수학식 11에 표시된 인자의 특성의 결과로서 바이 호모다인 검출 방법을 사용하는 실시예에서 실질적으로 제거된다.
배경 효과로부터의 가장 큰 기여도는 측정 빔(30A)에 의해 생성된 배경 빔의 부분과 참조 빔 사이의 간섭 항에 대한 기여도에 의해 표시된다. 이러한 배경 효과 부분은 0으로 설정된 빔(32)의 귀환 측정 빔 성분과의 배경 부분의 대응하는 공액 쿼드러처를 측정함으로써, 즉 기판(60)이 제거되고, 또는 및 그 반대와, 또는 및 그 반대인 각각의 전기 간섭 신호 Sj를 측정함으로써, 바이 호모다인 검출 방법의 실시예에서 측정될 수 있다. 그 다음, 배경 효과 부분의 측정된 공액 쿼드러처는 필요하다면 최종 사용 애플리케이션에서 유리하게 각 배경 효과를 보상하기 위해 사용될 수 있다.
배경 진폭 및 위상 의 효과, 즉 빔(30A)의 측정에 의해 생성된 배경 빔의 부분과 참조 빔 사이의 간섭 항의 효과로부터의 가장 큰 기여도에 대한 정보는 기판(60)이 제거되고 인 참조 빔과 측정 빔(30A) 사이의 상대 위상 편이의 함수로서 Sj, j=1,2,...,8을 측정하고, Sj의 측정된 값을 푸리에 분석함으로써 얻어질 수 있다. 그러한 정보는 각 배경의 근원을 식별하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다.
그외 다른 기술은 "Method And Apparatus For Confocal Interference Microscopy With Background Amplitude Reduction and Compensation"이란 명칭의 공동 소유된 미합중국 특허 제5,760,901호, "Method and Apparatus for Discrimination In-Focus Images from Out-of-Focus Light Signals from Background and Foreground Light Sources"란 명칭의 미합중국 특허 제5,915,048호, 및 제6,480,285(B1)호(3개의 특허 각각은 Herny A. Hill에 의한 것임)에 설명된 것과 같이, 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고 배경 빔의 효과를 감소 및/또는 보상하기 위해 사용될 수 있다. 3개의 인용된 특허 각각의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다.
의 값의 선택은 간섭계 시스템 내에 존재하는 참조 빔만을 갖는 Sj, j=1,2,...,8을 측정함으로써 얻어질 수 있는 계수 , j=1,2,...,8에 대한 정보에 기초한다. 소정의 실시예에서, 이것은 입력 빔(24)의 측정 빔 성분을 단순히 차단하는 것에 대응할 수 있고, 소정의 다른 실시예에서, 이것은 기판(60)이 제거된 Sj, j=1,2,...,8을 단순히 측정하는 것에 대응할 수 있다. 값의 세트의 정확도 테스트는 수학식 5에서의 항이 0인 정도이다.
계수 ,j=1,2,...,8에 대한 정보는 예를 들어, 하나가 이고 나머지가 , p=1,2,3,4인 각각의 8개의 공액 검출기 픽셀에 대응하는 각각의 8개의 공액 스팟을 지나 아티팩트를 스캐닝하고, 각각 공액 쿼드러처 성분 또는 를 측정함으로써 얻어질 수 있다. 또는 항의 진폭의 변경은 j의 함수로서의 변형에 대응한다. 계수 , j=1,2,...,8에 대한 정보는 예를 들어, 간섭계 시스템(10)의 하나 이상의 구성요소의 안정성을 모니터하기 위해 사용될 수 있다.
바이-호모다인 검출 방법의 변형은 필드의 공액 쿼드러처의 결정을 위한 견고한 기술이다. 첫째, 각각의 직교로 편광된 빔에 대한 공액 쿼드러처 및 은 수학식 11과 관련된 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 인자 및 를 갖는 항이 실질적으로 0이기 때문에, 수학식 5로 표현된 바와 같이 디지털식으로 필터된 값 Fm(S)의 1차 항이다.
둘째, 수학식 5에서의 및 의 계수는 동일하다. 그러므로, 진폭 및 위상에 관한 귀환 측정 빔과 참조 빔 사이의 간섭 항의 매우 정확한 측정치, 즉 필드의 공액 쿼드러처의 매우 정확한 측정치가 측정될 수 있는데, 의 제1차 변형 및 및 와 같은 정규화의 제1차 에러는 단지 제2차 또는 더 높은 차수 내로 들어간다. 이 특성은 중요한 장점으로 바뀐다. 또한, 8개의 전기 간섭 신호 값의 각 세트로부터 직교로 편광된 빔들 각각에 대한 공액 쿼드러처 및 의 각 성분에 대한 기여도는 동일한 윈도우 함수를 가지므로, 함께 결정된 값으로서 얻어진다.
바이-호모다인 기술의 변형의 다른 구별되는 특징은 수학식 5에서 명백한데: 수학식 5의 각각의 등식에서의 직교로 편광된 빔들 각각에 대한 공액 쿼드러처 및 의 계수는 및 에 대해 추정된 값의 에러에 상관없이 동일하고; 참조 세기 항의 계수 는 에 대한 값 선택에 의해 실질적으로 0으로 될 수 있다. 그러므로, 공액 쿼드러처에 대응하는 매우 정확한 위상 값은 의 제1차 변형으로 측정될 수 있고, 및 와 같은 정규화의 제1차 에러는 소정의 높은 차수 효과를 통해서만 들어간다.
또한, 직교로 편광된 빔의 필드의 공액 쿼드러처들이 바이-호모다인 검출 방법의 변형을 사용할 때 함께 얻어질 수 있기 때문에, 필드의 공액 쿼드러처의 종래의 호모다인 검출에서 가능한 상황과 달리 위상 중복의 결과로서 위상 추적시의 에러 가능성을 상당히 저하시킨다는 것이 명백하다.
함께 획득된 양인 직교로 편광된 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 결과로서 바이-호모다인 검출 방법의 변형의 여러 장점이 있다. 한 장점은 간섭계 원격장 및/또는 근접장 공초점 또는 비공초점 현미경을 사용하여 이미지화된 기판 내의 및/또는 기판 상의 각 스팟의 8개의 전기 간섭 신호 값의 획득 동안에 멀티픽셀 검출기의 공액 픽셀의 공액 이미지 및 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟의 오버레이 에러의 효과에 대한 감소된 감도이다. 오버레이 에러는 이미지화되고 있는 스팟에 관한 각각의 공액 검출기 픽셀 세트의 4개의 공액 이미지의 세트 내의 에러이다.
다른 장점은 스캐닝 모드로 동작할 때, 스캔 동안 상이한 시간에 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟에 결합되는 공초점 현미경 시스템에서 사용되는 핀홀의 공액 세트의 특성에 있어서의 핀홀 대 핀홀 변형의 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
다른 장점은 스캐닝 모드로 동작할 때, 스캔 동안 상이한 시간에 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟에 결합되는 한 세트의 공액 픽셀 내의 특성의 픽셀 대 픽셀 변형 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
다른 장점은 스캐닝 모드로 동작할 때, 간섭계 시스템으로의 입력 빔(24)의 펄스의 각 공액 세트의 펄스 대 펄스 변형의 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
멀티픽셀 검출기의 한 세트의 공액 핀홀 및 공액 픽셀의 멀티픽셀 검출기의 핀홀 및 픽셀은 멀티픽셀 검출기의 핀홀 어레이의 연속된 핀홀 및/또는 연속된 픽셀을 포함하거나, 또는 핀홀 어레이로부터의 선택된 핀홀 및 픽셀 어레이로부터의 픽셀을 포함할 수 있는데, 선택된 핀홀들 사이의 간격은 핀홀 간격의 정수배이고, 각 픽셀들 어레이 사이의 간격은 수평 및/또는 수직 해상도 및 신호 대 잡음비의 손실없이 픽셀 간격의 정수배에 대응한다. 대응하는 스캔 속도는 멀티픽셀 검출기의 판독 속도에 의해 나누어진 공액 핀홀 세트 및/또는 공액 픽셀 세트에 결합되는 측정 물체(60) 상의 스팟 간격의 정수배와 같을 수 있다. 이 특성은 단위 시간 당 이미지화된 기판 내의 및/또는 기판 상의 스팟의 수와 관련하여 간섭계 원격장 또는 근접장 공초점 또는 비공초점 현미경에 대해 처리량이 상당히 증가될 수 있게 한다.
쿼드-호모다인 검출 방법의 변형을 참조하면, 8개의 전기 간섭 신호 값의 세트는 8개의 주파수 성분을 갖는 입력 빔(24)을 생성하도록 구성된 소스(18) 및 빔 조정기(22)로부터 4개의 펄스열로 이미지화되고 있는 기판(60) 상의 및/또는 기판(60) 내의 각 스팟에 대해 얻어진다. 이미지화되고 있는 기판 상의 및/또는 기판 내의 단일 스팟을 위한 필드의 공액 쿼드러처를 얻기 위해 사용된 8개의 전기 간섭 신호 값의 세트 Sn,j, n=1,2 및 j=1,2,3,4는 쿼드-호모다인 검출 방법의 변형에 대해 척도 인자 내에서 다음 식에 의해 표시된다.
여기에서, 계수 An,m은 인덱스 (n,m)을 갖는 입력 빔(24)의 주파수 성분에 대응하는 참조 빔의 진폭을 나타내고; 계수 Bn,m은 참조 빔 An,m에 대응하는 배경 빔의 진폭을 나타내며; 계수 Cn,m은 참조 빔 An,m에 대응하는 귀환 측정 빔의 진폭을 나타내고; Pn,j는 4개 펄스 시퀀스의 입력 빔(24) 펄스 j의 인덱스 n에 대응하는 주파수 성분 세트의 제1 주파수 성분의 통합 강도를 나타내며; 에 대한 예시적인 값 세트는 표 2에 열거된 의 예시적인 값 세트의 경우에 다음과 같이 의 항으로 표시된다.
는 j에 관한 직교 세트들이고, 즉 다음과 같다.
여기에서, 는 수학식 4에 의해 정의된 크로네커 델타이다.
쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 경우에, 간섭 신호 값 S1,j 및 S2,j는 각 펄스 j에 대해 2개의 상이한 검출기 픽셀에 의해 동시에 측정된다. 검출기(70)의 2개의 상이한 픽셀에 대한 출력 빔(32)의 분포는 "Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered Beams by an Object in Interferometry"란 명칭의 인용된 미합중국 가특허 출원 제60/442,858호(47) 및 2004년 1월 27일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/765,369호(ZI-47)에서 설명되는 것과 같은 간섭계 시스템(10)의 분산 또는 편광 소자에 의해 달성된다. 나머지 설명에서, 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고서, m=1,2는 입력 빔(24)의 한 편광 상태에 대응할 것이고, m=3,4는 입력 빔(24)의 제2 편광 상태에 대응할 것이다. 또한, 계수 A1,m, B1,m, 및 C1,m은 각각 입력 빔(24)의 편광 상태들 중의 한 상태의 공액 쿼드러처의 단일 성분에 대한 계수 A2,m, B2,m, 및 C2,m의 공액이다.
관계식 및 은 빔(32) 내의 대응하는 참조 빔 성분과 귀환 측정 빔 사이의 상대 위상 편이의 제어에 의해 및 이기 때문에 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고서 수학식 13을 유도하는데 사용되었다.
또한, 수학식 13에서, 비 및 는 j 또는 Pn,j 값에 종속되지 않는 것으로 가정되었다. 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고 중요한 특징을 예측하도록 Sn,j의 표현을 단순화하기 위해, 또한 수학식 13에서, 귀환 측정 빔의 대응하는 진폭의 비가 j 또는 Pn,j 값에 종속되지 않는 것으로 가정된다. 그러나, 비 및 는 An,2 및 An,1에 대응하는 측정 빔 성분의 진폭 비가 비｜An,2｜/｜An,1｜과 다르고, An,4 및 An,3에 대응하는 측정 빔 성분의 진폭 비가 비｜An,4｜/｜An,3｜과 다를 때에 각각 비 ｜An,2｜/｜An,1｜ 및 ｜An,4｜/｜An,3｜과 다를 것이다.
의 변경을 위한 위상 의 변경은 입력 빔 성분의 주파수를 변경함으로써 참조 빔과 측정 빔의 어레이들 사이에 위상 편이가 도입되는 실시예의 경우에 π와 다를 수 있다. 인자 가 로 쓰여질 수 있다는 것을 아는 것은 배경 빔의 효과를 평가할 때에 유용할 수 있으며, 위상 차이 는 위상 , 즉 과 동일하다.
공액 쿼드러처의 성분 및 은 수학식 15로 표현된 바와 같이 및 이 직교하기 때문에 인 경우에 m=1,2,3,4의 범위에 걸쳐 직교한다는 것이 수학식 13의 조사로부터 명백하다.
공액 쿼드러처 및 , 및 공액 쿼드러처 및 에 대한 정보는 수학식 15에 의해 표시된 의 직교성에 기초하는 디지털 필터를 사용하여 신호 Sn,j로부터 얻어진다. 디지털 필터 Fm(S)의 정의는 다음과 같다.
여기에서, S는 Sn,j를 포함하는 매트릭스이고, 및 은 각각 및 를 나타내기 위해 디지털 필터에서 사용된 값이다. 수학식 16은 다음과 같이 수학식 14에 의해 제공된 의 정의를 사용하여 의 항으로 쓰여진다.
Sn,j의 표현을 위해 수학식 13을 사용하면, 수학식 17은 다음과 같이 3부분의 항으로 쓰여진다.
여기에서,
쿼드 호모다인 검출 방법의 특성을 더욱 쉽게 식별되게 하기 위해, 수학식 20에 의해 제공된 F2,m'(S)를 다음과 같이 다시 쓰는 것이 유익하다.
여기에서, 관계식 및 이다.
다음 파라미터
는 공액 쿼드러처의 결정을 완료하기 위해 결정될 필요가 있다. 수학식 23에서 열거된 제1 파라미터 세트는 예를 들어, π/2 위상 편이를 참조 빔 및 측정 빔의 상대 위상 내로 도입하고 공액 쿼드러처의 측정을 반복함으로써 측정될 수 있다. 제2 측정으로부터의 및 에 각각 대응하는 공액 쿼드러처의 진폭 비에 의해 나누어진 제1 측정으로부터의 및 에 대응하는 공액 쿼드러처의 진폭 비는 다음식과 동일하다.
수학식 24에 열거된 제2 파라미터 세트는 2개의 공액 쿼드러처의 각각에 대해 쿼드 호모다인 검출 방법을 바이 호모다인 검출 방법으로 동작시킴으로써 측정될 수 있다. 하나의 공액 쿼드러처에 대해 바이 호모다인 검출 방법으로 동작시키기 위해, 하나의 공액 쿼드러처에 대응하지 않는 입력 빔(24)의 주파수 성분의 진폭은 0으로 설정되고, 하나의 공액 쿼드러처는 n=1 및 2인 경우에 측정된다. n=1 및 2인 경우의 측정된 공액 쿼드러처의 진폭 비는 수학식 24에 기입된 것과 같은 정보를 알려준다.
수학식 20에 의해 제공된 F2,m'(S)에서의 소정의 인자들은 척도 인자 내에서 4의 공칭값을 갖는데, 예를 들어 다음과 같다는 것을 알기바란다.
여기에서, 는 수학식 4에 의해 정의된 크로네커 델타이다. 평균값 이라고 하면, 척도 인자는 및 의 비에 대한 평균값에 대응한다.
수학식 19에 의해 제공된 F1,m'(S)에서의 소정의 다른 인자는 0의 공칭값을 갖는데, 예를 들어 다음과 같다.
수학식 21에 의해 제공된 F3,m'(S)에서의 나머지 인자들은 0의 공칭값을 갖는데, 예를 들어 다음과 같다.
수학식 19에서의 2개의 잠재적으로 가장 큰 항은 일반적으로 인자 및 를 갖는 항이다. 그러나, 대응하는 항은 수학식 27에 표시된 인자의 특성의 결과로서 제2차 효과를 통해 쿼드 호모다인 검출 방법을 사용하여 실질적으로 제거된다.
배경 효과로부터의 가장 큰 기여도는 측정 빔(30A)에 의해 생성된 배경 빔의 부분과 참조 빔 사이의 간섭 항에 대한 기여도에 의해 표시된다. 이러한 배경 효과 부분은 0으로 설정된 빔(32)의 귀환 측정 빔 성분과의 배경 부분의 대응하는 공액 쿼드러처를 측정함으로써, 즉 기판(60)이 제거되고, 또는 및 그 반대와, 또는 및 그 반대인 각각의 전기 간섭 신호 Sj를 측정함으로써, 쿼드 호모다인 검출 방법의 실시예에서 측정될 수 있다. 그 다음, 배경 효과 부분의 측정된 공액 쿼드러처는 필요하다면 최종 사용 애플리케이션에서 유리하게 각 배경 효과를 보상하기 위해 사용될 수 있다.
배경 진폭 및 위상 의 효과, 즉 측정 빔(30A)에 의해 생성된 배경 빔의 부분과 참조 빔 사이의 간섭 항의 효과로부터의 가장 큰 기여도에 대한 정보는 또한, 기판(60)이 제거되고 인 참조 빔과 측정 빔(30A) 사이의 상대 위상 편이의 함수로서 Sn,j를 측정하고, Sn,j의 측정된 값을 푸리에 분석함으로써 얻어질 수 있다. 그러한 정보는 각 배경의 근원을 식별하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다.
그외 다른 기술은 인용된 미합중국 특허 제5,760,901호, 제5,915,048호, 및 제6,480,285(B1)호에 설명된 것과 같이, 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고 배경 빔의 효과를 감소 및/또는 보상하기 위해 쿼드 호모다인 검출 방법의 실시예 내로 편입될 수 있다.
의 값의 선택은 간섭계 시스템 내에 존재하는 참조 빔만을 갖는 Sn,j, n=1,2, j=1,2,3,4를 측정함으로써 얻어질 수 있는 계수 에 대한 정보에 기초한다. 소정의 실시예에서, 이것은 입력 빔(24)의 측정 빔 성분을 단순히 차단하는 것에 대응할 수 있고, 소정의 다른 실시예에서, 이것은 기판(60)이 제거된 Sn,j, n=1,2, j=1,2,3,4를 단순히 측정하는 것에 대응할 수 있다. 값의 세트의 정확도 테스트는 수학식 19에서의 , n=1,2 항이 0인 정도이다.
계수 , n=1,2, j=1,2,3,4에 대한 정보는 예를 들어, 하나가 이고 나머지가 , p=1,2,3,4인 각각의 8개의 공액 검출기 픽셀에 대응하는 각각의 4개의 공액 스팟을 지나 아티팩트를 스캐닝하고, 각각 공액 쿼드러처 성분 또는 를 측정함으로써 얻어질 수 있다. 또는 항의 진폭의 변경은 n 및 j의 함수로서 의 변형에 대응한다. 계수 , n=1,2, j=1,2,3,4에 대한 정보는 예를 들어, 간섭계 시스템(10)의 하나 이상의 구성요소의 안정성을 모니터하기 위해 사용될 수 있다.
쿼드 호모다인 검출 방법의 변형은 필드의 공액 쿼드러처의 결정을 위한 견고한 기술이다. 첫째, 각각의 직교로 편광된 빔에 대한 공액 쿼드러처 및 은 수학식 19와 관련된 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 인자 및 , n=1,2를 갖는 항이 실질적으로 0이기 때문에, 수학식 17로 표현된 바와 같이 디지털식으로 필터된 값 Fm(S)의 1차 항이다.
둘째, 수학식 20에서의 및 의 계수는 동일하다. 그러므로, 진폭 및 위상에 관한 귀환 측정 빔과 참조 빔 사이의 간섭 항의 매우 정확한 측정치, 즉 필드의 공액 쿼드러처의 매우 정확한 측정치가 측정될 수 있는데, 의 제1차 변형 및 및 와 같은 정규화의 제1차 에러는 단지 제2차 또는 더 높은 차수 내로 들어간다. 이 특성은 중요한 장점으로 바뀐다. 또한, 8개의 전기 간섭 신호 값의 각 세트로부터 직교로 편광된 빔들 각각에 대한 공액 쿼드러처 및 의 각 성분에 대한 기여도는 동일한 윈도우 함수를 가지므로, 함께 결정된 값으로서 얻어진다.
쿼드 호모다인 기술의 변형의 다른 구별되는 특징은 수학식 17, 19, 20 및 21에서 명백한데: 수학식 20의 각각의 등식에서의 직교로 편광된 빔들 각각에 대한 공액 쿼드러처 및 의 계수는 및 에 대해 추정된 값의 에러에 상관없이 동일하고; 참조 세기 항의 계수 는 에 대한 값 선택에 의해 실질적으로 0으로 될 수 있다. 그러므로, 공액 쿼드러처에 대응하는 매우 정확한 위상 값은 의 제1차 변형으로 측정될 수 있고, 및 와 같은 정규화의 제1차 에러는 소정의 높은 차수 효과를 통해서만 들어간다.
또한, 직교로 편광된 빔의 필드의 공액 쿼드러처들이 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용할 때 함께 얻어질 수 있기 때문에, 필드의 공액 쿼드러처의 종래의 호모다인 검출에서 가능한 상황과 달리 위상 중복의 결과로서 위상 추적시의 에러 가능성을 상당히 저하시킨다는 것이 명백하다.
함께 획득된 양인 필드의 공액 쿼드러처의 결과로서 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 여러 장점이 있다.
바이 호모다인 검출 방법의 변형에 비해 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 한 장점은 처리량이 2배 증가된다는 것이다.
다른 장점은 간섭계 원격장 및/또는 근접장 공초점 또는 비공초점 현미경을 사용하여 이미지화된 기판 내의 및/또는 기판 상의 각 스팟의 8개의 전기 간섭 신호 값의 획득 동안에 멀티픽셀 검출기의 픽셀의 공액 세트의 한 픽셀의 공액 이미지 및 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟의 오버레이 에러의 효과에 대한 감소된 감도이다. 오버레이 에러는 이미지화되고 있는 스팟에 관한 각각의 공액 검출기 픽셀 세트의 8개의 공액 이미지의 세트 내의 에러이다.
다른 장점은 스캐닝 모드로 동작할 때, 스캔 동안 상이한 시간에 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟에 결합되는 공초점 현미경 시스템에서 사용되는 핀홀의 공액 세트의 특성에 있어서의 핀홀 대 핀홀 변형의 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
다른 장점은 스캐닝 모드로 동작할 때, 스캔 동안 상이한 시간에 이미지화되고 있는 기판 내의 또는 기판 상의 스팟에 결합되는 한 세트의 공액 픽셀 내의 특성의 픽셀 대 픽셀 변형 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
다른 장점은 스캐닝 모드로 동작할 때, 간섭계 시스템으로의 입력 빔(24)의 펄스의 각 공액 세트의 펄스 대 펄스 변형의 효과에 대한 감도가 감소된다는 것이다.
멀티픽셀 검출기의 한 세트의 공액 핀홀 및 공액 픽셀의 멀티픽셀 검출기의 핀홀 및 픽셀은 멀티픽셀 검출기의 2개의 핀홀 어레이의 연속된 핀홀 및/또는 연속된 픽셀을 포함하거나, 또는 2개의 핀홀 어레이로부터의 선택된 핀홀 및 픽셀 어레이로부터의 픽셀을 포함할 수 있는데, 선택된 핀홀들 사이의 간격은 핀홀 간격의 정수배이고, 각 픽셀들 어레이 사이의 간격은 수평 및/또는 수직 해상도 및 신호 대 잡음비의 손실없이 픽셀 간격의 정수배에 대응한다. 대응하는 스캔 속도는 멀티픽셀 검출기의 판독 속도에 의해 나누어진 공액 핀홀 세트 및/또는 공액 픽셀 세트에 결합되는 측정 물체(60) 상의 스팟 간격의 정수배와 같을 수 있다. 이 특성은 단위 시간 당 이미지화된 기판 내의 및/또는 기판 상의 스팟의 수와 관련하여 간섭계 원격장 또는 근접장 공초점 또는 비공초점 현미경에 대해 처리량이 상당히 증가될 수 있게 한다.
8개의 전기 간섭 신호 값의 세트가 소스(18) 및 빔 조정기(22)로부터의 2개의 펄스 열로 이미지화되고 있는 기판(60) 상의 및/또는 기판(60) 내의 각 스팟에 대해 얻어지는 싱글 호모다인 검출 방법의 변형이 있다. 싱글 호모다인 검출 방법의 변형의 경우에, 간섭 신호 값 S1,j, S2,j, S3,j 및 S4,j는 각 펄스 j에 대해 4개의 상이한 검출기 픽셀에 의해 동시에 측정된다. 검출기(70)의 4개의 상이한 픽셀에 대한 출력 빔(32)의 분포는 "Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered Beams by an Object in Interferometry"란 명칭의 인용된 미합중국 가특허 출원 제60/442,858호(47) 및 2004년 1월 27일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/765,369호(ZI-47)에서 설명되는 것과 같은 간섭계 시스템(10)의 분산 또는 편광 소자에 의해 달성된다.
싱글 호모다인 검출 방법의 변형은 간섭 신호 값, 예를 들어 S1,j, S2,j, S3,j 및 S4,j를 얻어서 분석하기 위해 사용되는 싱글 호모다인 검출 방법과 같다. 싱글 호모다인 검출 방법과 싱글 호모다인 검출 방법의 변형의 4개 부분 각각이 같은 결과로서, 싱글 호모다인 검출 방법의 변형의 설명에 관한 나머지 공식 부분은 싱글 호모다인 검출 방법에 대한 대응하는 설명 부분과 동일하다.
8개의 전기 간섭 신호 값의 세트가 소스(18) 및 빔 조정기(22)로부터의 단일 펄스 열로 이미지화되고 있는 기판(60) 상의 및/또는 기판(60) 내의 각 스팟에 대해 얻어지는 더블 호모다인 검출 방법의 변형이 있다. 더블 호모다인 검출 방법의 변형의 경우에, 간섭 신호 값 S1,j, j=1,2,...,8은 단일 펄스에 대해 8개의 상이한 검출기 픽셀에 의해 동시에 측정된다. 검출기(70)의 4개의 상이한 픽셀에 대한 출력 빔(32)의 분포는 "Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered Beams by an Object in Interferometry"란 명칭의 인용된 미합중국 가특허 출원 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/765,369호(ZI-47)에서 설명되는 것과 같은 간섭계 시스템(10)의 분산 또는 편광 소자에 의해 달성된다.
더블 호모다인 검출 방법의 변형은 간섭 신호 값, 예를 들어 S1,j, j=1,2,...,8을 얻어서 분석하기 위해 사용되는 더블 호모다인 검출 방법과 같다. 더블 호모다인 검출 방법과 더블 호모다인 검출 방법의 변형의 8개 부분 각각이 같은 결과로서, 더블 호모다인 검출 방법의 변형의 설명에 관한 나머지 공식 부분은 더블 호모다인 검출 방법에 대한 대응하는 설명 부분과 동일하다.
제1 실시예는 도 2a에 개략적으로 도시된다. 제1 실시예는 참조번호 110으로 표시된 제1 이미징 시스템, 핀홀 어레이 빔 스플리터(112), 검출기(170), 및 참조번호 210으로 표시된 제2 이미징 시스템을 포함한다. 제2 이미징 시스템(210)은 큰 작동 거리를 갖는 저전력 현미경, 예를 들어 Nikon ELWD 및 SLWD 대물렌즈 및 Olympus LWD, ULWD 및 ELWD 대물렌즈이다.
제1 실시예에서, 참조 빔 및 측정 빔의 광학 경로 길이의 차이는 비교적 큰 비-제로 값, 예를 들어 0.2 m이다. 간섭계 측정에 있어서의 참조 및 측정 빔의 광학 경로 길이의 차이는 통상적으로 최소 값으로 유지된다. 그러나, 소정의 간섭계 원격장 공초점 현미경에서, 참조 및 측정 빔의 광학 경로 길이의 차이는 Henry A. Hill 저의 "Interferometric Confocal Microscopy Incorporating Pinhole Array Beam-Splitter"란 명칭의 공동 소유된 미합중국 가특허 출원 제60/442,982호(ZI-45) 및 또한 Henry A. Hill 저의 "Interferometric Confocal Microscopy Incorporating Pinhole Array Beam-Splitter"란 명칭으로 2004년 1월 27일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/765,229호(ZI-45)에 설명된 바와 같이 비교적 큰 값이다. 미합중국 가특허 출원 및 미합중국 특허 출원 둘다의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다.
제1 이미징 시스템(110)은 도 2b에 개략적으로 도시되고, 인용된 미합중국 가특허 출원 제60/442,982호(ZI-45) 및 "Interferometric Confocal Microscopy Incorporating Pinhole Array Beam-Splitter"란 명칭으로 2004년 1월 27일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/765,229호(ZI-45)에 설명된 간섭계 공초점 현미경 시스템을 포함한다. 이미징 시스템(110)은 Henry A. Hill 저의 "Catoptric and Catadioptric Imaging System"이란 명칭의 공동 소유된 미합중국 특허 제6,552,852(B1)호(ZI-38) 및 또한 Henry A. Hill 저의 "Catoptric and Catadioptric Imaging System"이란 명칭의 미합중국 특허출원 제10/366,651호(ZI-43)에 설명된 것과 같은 반사굴절 광학계(cataoptric system)로서, 2개의 인용된 특허 출원의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다.
반사굴절 이미징 시스템(110)은 반사굴절 소자(140 및 144), 빔 스플리터(148) 및 볼록 렌즈(150)를 포함한다. 표면(142A 및 146A)은 명목상 동일한 곡률 반경을 갖는 볼록 구면이고, 표면(142A 및 146A)의 각각의 곡률 중심은 빔 스플리터(148)에 관한 공액 점이다. 표면(142B 및 146B)은 명목상 동일한 곡률 반경을 갖는 오목 구면이다. 표면(142B 및 146B)의 곡률 중심은 각각 표면(142A 및 146A)의 곡률 중심과 동일하다. 볼록 렌즈(150)의 곡률 중심은 표면(142B 및 146A)의 곡률 중심과 동일하다. 표면(146B)의 곡률 반경은 이미징 시스템(110)의 효율 손실을 최소화하고, 이미징 시스템(110)이 최종 사용 애플리케이션을 위해 받아들일 수 있는 작동 거리를 생성하도록 선택된다. 볼록 렌즈(150)의 곡률 반경은 반사굴절 이미징 시스템(110)의 축외 수차(off-axis aberrations)가 보상되도록 선택된다. 소자(140 및 144)의 매질은 예를 들어 CaF2, 용융된 실리카, 또는 SF11과 같은 시판중인 유리일 수 있다. 볼록 렌즈(150)의 매질은 예를 들어 CaF2, 용융된 실리카, YAG, 또는 SF11과 같은 시판중인 유리일 수 있다. 소자(140 및 144) 및 볼록 렌즈(150)의 매질 선택 시의 중요한 고려사항은 빔(124)의 주파수에 대한 투과성일 것이다.
볼록 렌즈(152)는 볼록 렌즈(150)의 곡률 중심과 동일한 곡률 중심을 갖는다. 볼록 렌즈(150 및 152)는 그들 사이의 핀홀 빔 스플리터(112)와 함께 접합된다. 핀홀 어레이 빔 스플리터(112)는 도 2c에 도시된다. 핀홀 어레이 빔 스플리터 내의 핀홀의 패턴은 최종 사용 애플리케이션의 요구사항에 부합하도록 선택된다. 패턴의 한 예는 2개의 직교 방향으로 동일한 간격으로 배치된 핀홀의 2차원 어레이이다. 핀홀은 원형 애퍼추어, 직사각형 애퍼추어, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있는데, 이에 대해서는 Henry A.Hill 및 Kyle Ferrio에 의한 "Multiple-Source Arrays for Confocal and Near-field Microscopy"란 명칭의 공동 소유된 미합중국 특허 출원 제09/917,402호(ZI-15)에 설명되어 있으며, 그 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다. 핀홀 어레이 빔 스플리터(112)의 핀홀들 사이의 간격은 도 2c에 b로 도시되는데, 그 애퍼추어 크기는 a이다.
입력 빔(124)은 미러(154)에 의해 핀홀 빔 스플리터(112)로 반사되는데, 그것의 제1 부분은 출력 빔 성분(130A 및 130B)의 참조 빔 성분으로서 투과되고, 제2 부분은 빔 성분(126A 및 126B)의 측정 빔 성분으로서 산란된다. 측정 빔 성분(126A 및 126B)은 기판(60)에 가까운 이미지 평면 내의 이미지 스팟의 어레이에 빔(128A 및 128B)의 성분으로서 이미지화된다. 기판(160)에 입사되는 빔(128A 및 128B)의 성분의 일부는 빔(128A 및 128B)의 귀환 측정 빔 성분으로서 반사 및/또는 산란된다. 빔(128A 및 128B)의 귀환 측정 빔 성분은 핀홀 빔 스플리터(112)의 핀홀과 일치하는 스팟에 반사굴절 이미징 시스템(110)에 의해 이미지화되고, 그 일부는 출력 빔(130A 및 130B)의 귀환 측정 빔 성분으로서 투과된다.
반사굴절 이미징 시스템(110)의 이미징 특성의 설명은 인용된 미합중국 가특허 출원 제60/442,982호(ZI-45) 및 "Interferometric Confocal Microscopy Incorporating Pinhole Array Beam-Splitter"란 명칭으로 2004년 1월 27일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/765,229호(ZI-45)에서 제공된 반사굴절 이미징 시스템의 이미징 특성의 대응하는 설명 부분과 동일하다.
다음 단계는 전기 간섭 신호 어레이(172)를 생성하기 위해 CCD와 같은 멀티픽셀 검출기의 픽셀과 일치하는 스팟 어레이로의, 이미징 시스템(210)에 의한 출력 빔(130A 및 130B)의 이미징이다. 전기 간섭 신호의 어레이는 후속적인 처리를 위해 신호 처리기 및 제어기(180)로 전송된다.
입력 빔(124)의 설명은 도 1b 및 1c에 도시된 빔 조정기(22)로서 구성된 빔 조정기(122) 및 2개의 직교로 편광된 주파수 성분을 발생시키도록 구성된 소스(118)를 갖는 도 1a의 입력 빔(24)에 대해 제공된 설명의 대응하는 부분과 동일하다. 입력 빔(124)은 상이한 주파수를 갖고 동일한 평면 편광 상태를 갖는 2개의 성분, 및 상이한 주파수를 갖고 직교하는 평면 편광 상태를 갖는 제2의 2개의 성분 세트를 포함한다. 입력 빔(124)의 각 성분의 주파수는 전자 처리기 및 제어기(180)에 의해 발생된 제어 신호(174)에 따라 빔 조정기(122)에 의해 상이한 주파수 값들 사이에서 편이된다.
귀환 측정 빔의 필드의 공액 쿼드러처는 도 1a-1c의 설명부분에서 설명된 바와 같이 호모다인 검출 방법의 변형을 사용하여 얻어지는데, 전기 간섭 신호(172)의 4개 측정치 세트가 형성된다. 전기 간섭 신호(172)의 4개의 측정치 세트의 각각에 대해, 출력 빔(130A 및 130B)의 참조 빔 성분과 귀환 측정 빔 성분 사이에 공지된 일련의 위상 편이가 도입된다.
일련의 위상 편이는 빔 조정기(122)에 의해 입력 빔(124)의 성분의 주파수를 편이시킴으로써 제1 실시예에서 발생된다. 출력 빔(130A 및 130B)의 참조 빔 성분과 귀환 빔 성분 사이에 광학 경로 길이의 차이가 있고, 결과적으로, 입력 빔(124)의 성분의 주파수 변경은 출력 빔(130A 및 130B)의 참조 빔 성분과 귀환 측정 빔 성분 사이에 대응하는 위상 편이를 발생시킬 것이다. 출력 빔(130A 및 130B)의 참조 빔 성분과 각각의 귀환 빔 성분 사이의 광학 경로 차이 L의 경우에, 주파수 편이 에 대해, 대응하는 위상 편이가 있을 수 있는데, 는 다음과 같고,
c는 자유 공간 광속이다. L은 물리적인 광학 경로 길이 차이가 아니고, 예를 들어 측정 빔 및 귀환 측정 빔 경로들의 평균 굴절률에 따라 좌우된다는 것을 알기 바란다. 위상 편이 및 L=0.25 m 값의 예에서, 대응하는 주파수 편이는 =300 MHz이다.
전기 간섭 신호(172)의 획득을 위한 2개의 상이한 모드가 설명된다. 설명될 제1 모드는 단계적 응시 모드로서, 이 모드에서 기판(160)은 이미징 정보가 요구되는 위치들에 대응하는 고정 위치들 사이에서 단계적으로 된다. 제2 모드는 스캐닝 모드이다. 기판(160)의 1차원, 2차원 또는 3차원 프로파일을 생성하는 단계적 응시 모드에서, 웨이퍼 척(chuck)(184)/스테이지(stage)(190) 내에 장착된 기판(160)은 스테이지(190)에 의해 이동된다. 스테이지(190)의 위치는 전자 처리기 및 제어기(180)로부터의 서보 제어 신호(178)에 따라 변환기(182)에 의해 제어된다. 스테이지(190)의 위치는 계측 시스템(188)에 의해 측정되고, 계측 시스템(188)에 의해 획득된 위치 정보는 전자 처리기 및 제어기(180)로 보내져서, 스테이지(190)의 위치 제어 시에 사용하기 위한 에러 신호를 생성한다. 계측 시스템(188)은 예를 들어 선 변위 및 각 변위 간섭계 및 캡 게이지(cap gauges)를 포함할 수 있다.
전자 처리기 및 제어기(180)는 원하는 위치로의 웨이퍼 스테이지(190)의 이동을 검출한 다음에, 대응하는 4개의 전기 간섭 신호 값의 세트를 획득한다. 일련의 4개의 전기 간섭 신호의 획득 후, 전자 처리기 및 제어기(180)는 그 다음에 스테이지(190)의 다음으로 원하는 위치에 대해 절차를 반복한다. 기판(160)의 고도 및 각도 방향은 변환기(186A 및 186B)에 의해 제어된다.
전기 간섭 신호 값의 획득을 위한 제2 모드가 다음에 설명되는데, 이 모드에서, 전기 간섭 신호 값은 하나 이상의 방향으로 스캐닝된 스테이지(190)의 위치를 따라 얻어진다. 스캐닝 모드에서, 소스(118)는 신호 처리기 및 제어기(180)로부터의 신호(192)에 의해 제어된 때에 펄스화된다. 소스(118)는 이미지 정보가 요구되는 기판(160) 상의 및/또는 기판(160) 내의 위치와 핀홀 어레이 빔 스플리터(112)의 핀홀의 공액 이미지와의 레지스트레이션에 대응하는 때에 펄스화된다.
제1 실시예의 제3 변형예에서 사용된 연속적인 스캐닝 모드의 결과로서 소스(120)에 의해 생성된 빔 펄스의 지속시간 또는 "펄스 폭"에 제한이 있을 것이다. 펄스 폭은 스캔 방향의 공간 해상도의 제한 값을 다음 수학식 30의 하한으로 부분적으로 제어하는 파라미터일 것이다.
여기에서, V는 스캔 속도이다. 예를 들어, =50 nsec이고, 스캔 속도가 V=0.20 m/sec이면, 스캔 방향의 공간 해상도 의 제한 값은 다음과 같이 될 것이다.
펄스 폭 은 또한 바이 호모다인 검출 방법의 변형에서 사용될 수 있는 최소 주파수 차이를 결정할 것이다. 공액 쿼드러처들의 필드들 사이의 간섭으로부터 전기 간섭 신호에 대한 기여가 없게 하기 위해, 최소 주파수 간격 은 다음과 같이 표현된다.
의 예인 경우에, 이다.
입력 빔(124)의 주파수는 출력 빔(130A 및 130B)의 참조 및 귀환 측정 빔 성분들 사이의 원하는 위상 편이를 생기게 할 주파수들에 대응하기 위해 신호 처리기 및 제어기(180)로부터의 신호(174)에 의해 제어된다. 전기 간섭 신호(172)의 획득을 위한 제1 모드에서, 8개의 전기 간섭 신호 값의 세트는 검출기(170)의 공통 픽셀에 의해 생성된다. 전기 간섭 신호(172)의 획득을 위한 제2 모드에서, 4개의 전기 간섭 신호 값의 2세트의 각 세트는 검출기(170)의 공통 픽셀에 의해 생성되지 않는다. 그러므로, 제2 획득 모드에서, 핀홀 어레이 빔 스플리터(112) 내의 핀홀의 크기 차이 및 픽셀 효율의 차이는 도 1a-1c와 관련하여 제공된 바이 호모다인 검출 방법의 변형의 설명부분에서 설명된 신호 처리기 및 제어기(180)에 의한 신호 처리시에 보상된다. 물체에 의해 산란/반사된 직교 편광 빔의 필드의 공액 쿼드러처의 결합 측정치는 바이 호모다인 검출의 변형의 설명부분에서 상술된 바와 같이 전자 처리기 및 제어기(180)에 의해 생성된다.
간섭계 타원법 측정을 위해 구성된 제1 실시예의 변형이 설명된다. 제1 실시예의 변형은 물체에 의해 산란/반사된 직교 편광 빔의 필드의 결합 측정치를 생성한다. 제1 실시예의 변형은 핀홀 어레이(112)가 마이크로 격자의 어레이로 대체되는 점, 즉 도 2c의 핀홀(162)이 도 2d에 개략적으로 도시된 것과 같은 마이크로격자로 대체되는 점을 제외하고는 제1 실시예의 장치 및 방법을 포함한다.
큰 입사각에서의 타원법 측정에 있어서, 공간 해상도는 일반적으로 많은 λ가 있다. 이것의 장점은 제1 실시예의 변형예에서 핀홀(162)을 마이크로격자로 대체함으로써 얻어진다(도 2d 참조). 마이크로격자의 사용은 측정 빔용으로 이용가능한 입력 빔의 분할을 증가시키고, 마이크로 격자 어레이를 통해 귀환 측정 빔의 투과 효율을 증가시킨다.
도 2d에서, 마이크로격자는 6개의 투과 애퍼추어(260) 및 6개의 반사 정지부(264)를 포함한다. 정지부(264) 상에 겹쳐놓은 것은 위상 시프터(262)이다. 위상 시프터(262)의 광 두께는 마이크로격자에 의해 반사된 m=0차의 입력 빔이 통상 0이 되도록 선택된다. 간격 d는 마이크로격자에 의해 반사된 m=±1차의 입력 빔이 타원법 측정시에 요구된 입사각에 대응하도록 선택된다. 이것은 입력 빔의 성분의 2개의 직교 상태를 위한, 측정 빔으로의 입력 빔의 결합에 고효율을 제공한다.
렌즈 조립체(220)의 수치 애퍼추어를 감소시키기 위해, 위상 시프터(266)는 도 2d에 도시된 바와 같이 마이크로격자에 추가된다. 위상 시프터(266)의 효과적인 두께는 귀환 측정 빔의 대응하는 투과 부분이 π만큼 위상 편이되도록 선택된다. 최종적인 결과는 투과된 귀환 측정 빔 성분이 타원법 측정에 있어서 원하는 입사각의 대략 1/2의 효과적인 굴절각을 갖는 m=±1차라는 것이다.
제1 실시예의 변형은 기판(60)에서의 측정 빔의 편광면을 입력 빔의 2개의 편광 성분의 각각에 대해 실질적으로 단일 값으로 제한하는 정지부를 포함할 수 있다. 도 2d의 평면에서 벗어나는 방향으로의 애퍼추어(260) 및 반사 소자(264)의 길이는 전체 공간 해상도를 저하하지 않고 타원법 측정을 위한 원하는 측정 빔으로의 입력 빔의 결합 효율을 최적화하도록 선택될 수 있다. 정지부는 예를 들어 오목면(142B)에 배치될 수 있다(도 2b 참조).
제2 실시예는 Henry A. Hill 저의 "Scanning Interferometric Near-Field Confocal Microscopy"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 제6,4455,453에 설명된 것과 같은 간섭계 근접장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 도 1a-1c의 간섭계 시스템을 포함하는데, 이 특허의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다.
제3 실시예 및 그 변형예는 각각 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용하고, 인용된 미합중국 특허 제5,760,901호에 설명된 것과 같은 간섭계 원격장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 도 1a-1c의 간섭계 시스템을 포함한다. 제3 실시예 및 그 변형예에서, 소스(18) 및 빔 조정기(22)는 각각 4개 주파수 생성기 및 위상 시프터 또는 8개 주파수 생성기 및 위상 시프터로서 구성된다. 인용된 미합중국 특허 제5,760,901호의 실시예는 반사 또는 투과 모드에서 동작하도록 구성된다. 제3 실시예 및 그 변형예는 인용된 미합중국 특허 제5,760,901호의 배경 감소 특징으로 인해 감소된 배경 효과를 갖는다.
제4 실시예 및 그 변형예는 각각 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용하고, 위상 마스크가 제거되는 인용된 미합중국 특허 제5,760,901호에 설명된 것과 같은 간섭계 원격장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 도 1a-1c의 간섭계 시스템을 포함한다. 제4 실시예 및 그 변형예에서, 소스(18) 및 빔 조정기(22)는 각각 4개 주파수 생성기 및 위상 시프터 또는 8개 주파수 생성기 및 위상 시프터로서 구성된다. 인용된 미합중국 특허 제5,760,901호의 실시예는 반사 또는 투과 모드로 동작하도록 구성된다. 인용된 미합중국 특허 제5,760,901호의 실시예의 위상 마스크가 제거된 제4 실시예 및 그 변형예는 기본 형태의 공초점 기술의 응용을 나타낸다.
제5 실시예 및 그 변형예는 각각 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용하고, 인용된 미합중국 특허 제6,480,285(B1)호에 설명된 것과 같은 간섭계 원격장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 도 1a-1c의 간섭계 시스템을 포함한다. 제5 실시예에서, 소스(18) 및 빔 조정기(22)는 각각 4개 주파수 생성기 및 위상 시프터 또는 8개 주파수 생성기 및 위상 시프터로서 구성된다. 인용된 미합중국 특허 제6,480,285(B1)호의 실시예는 반사 또는 투과 모드로 동작하도록 구성된다. 제5 실시예 및 그 변형예는 인용된 미합중국 특허 제6,480,285(B1)호의 배경 감소 특징으로 인해 감소된 배경 효과를 갖는다.
제6 실시예 및 그 변형예는 각각 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용하고, 위상 마스크가 제거되는 인용된 미합중국 특허 제6,480,285(B1)호에 설명된 것과 같은 간섭계 원격장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 도 1a-1c의 간섭계 시스템을 포함한다. 제6 실시예 및 그 변형예에서, 소스(18) 및 빔 조정기(22)는 각각 4개 주파수 생성기 및 위상 시프터 또는 8개 주파수 생성기 및 위상 시프터로서 구성된다. 인용된 미합중국 특허 제6,480,285(B1)호의 실시예는 반사 또는 투과 모드로 동작하도록 구성된다. 인용된 미합중국 특허 제6,480,285(B1)호 실시예의 위상 마스크가 제거된 제6 실시예 및 그 변형예는 기본 형태의 공초점 기술의 응용을 나타낸다.
제7 실시예 및 그 변형예는 각각 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형을 사용하고, Henry A. Hill 저의 "Scanning Inetrferometric Near-Field Confocal Microscopy"라는 발명의 명칭의 인용된 미합중국 특허 제6,445,453호에 설명된 것과 같은 간섭계 근접장 공초점 현미경을 포함하는 간섭계(10)를 갖는 도 1a-1c의 간섭계 시스템을 포함한다. 제7 실시예 및 그 변형예에서, 소스(18) 및 빔 조정기(22)는 각각 4개 주파수 생성기 및 위상 시프터 또는 8개 주파수 생성기 및 위상 시프터로서 구성된다. 인용된 미합중국 특허 제6,445,453호의 실시예는 반사 또는 투과 모드로 동작하도록 구성된다. 인용된 미합중국 특허 제6,445,453호의 제7 실시예는 특히, 참조 빔과 분리되고 비공초점 이미징 시스템에 의해 이미지화되고 있는 기판 상에 입사된 측정 빔을 갖는 투과 모드로 동작하도록 구성되고, 즉 기판에서의 측정 빔은 핀홀 어레이의 이미지가 아니라, 확장된 스팟이다. 따라서, 제7 실시예 및 그 변형예의 대응하는 실시예는 측정 빔을 위한 비공초점 구성의 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 응용을 나타낸다.
다른 실시예에서, 간섭계(10)는 바이 및 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 사용을 위해 구성된, "Method And Apparatus For The Measurement Of The Refractive Index Of A Gas"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 제4,685,803호 및 "Apparatus Of The Measurement Of The Refractive Index Of A Gas"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 제4,733,967호에 설명된 것과 같은 간섭계 장치를 포함할 수 있다. Gary E. Sommargen 저의 2개의 인용된 미합중국 특허의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다. 2개의 인용된 미합중국 특허에서 설명된 것과 같은 간섭계 장치를 포함하는 실시예는 비공초점 유형의 구성을 나타낸다.
다른 실시예에서, 간섭계(10)는 Henry A. Hill 저의 "Apparatus And Method For Measuring Intrinsic Optical Properties Of A Gas"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 제6,124,931호에 설명된 것과 같은 Γ 모니터를 포함할 수 있고, 그 특허의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다. 인용된 미합중국 특허에서 설명된 것과 같은 간섭계 장치를 포함하는 실시예에서, 설명된 Γ 모니터는 바이 또는 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 사용을 위해 구성되고, 그 실시예는 비공초점 유형인 구성을 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 간섭계(10)는 Henry A. Hill 저의 "A Method For Compensation For Effects Of Non-Isotropic Gas Mixtures In Single-Wavelength And Multiple-Wavelength Dispersion Interferometry"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 가출원 제60/337,459호에 설명된 것과 같은 파장 모니터를 포함할 수 있고, 그것의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다. 인용된 미합중국 특허에서 설명된 것과 같은 간섭계 장치를 포함하는 실시예에서, 파장 모니터는 바이 또는 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 사용을 위해 구성되고, 그 실시예는 비공초점 유형인 구성을 나타낸다.
간섭계(10)는 다른 실시예에서 임의의 유형의 간섭계, 예를 들어 바이 또는 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 사용을 위해 구성된 "Differential Interferometer Arrangements For Distance And Angle Measurements: Principles, Advantages And Applications" by C.Zanoni, VDI Berichte Nr.749, 93-106(1989)의 문헌에서 설명된 것과 같은 미분 평면 미러 간섭계, 더블-패스(double-pass) 간섭계, 마이켈슨형(Michelson-type) 간섭계 및/또는 이와 유사한 장치를 더 포함할 수 있다. 간섭계(10)는 또한 Henry A. Hill 저의 "Passive Zero Shear Interferometers"라는 발명의 명칭의 공동 소유된 미합중국 특허 출원 제10/207,314호에 설명된 것과 같은 수동 제로 전단 평면 미러 간섭계, 또는 Henry A. Hill 저의 "Apparatus And Method For Interferometric Measurements Of Angular Orientation And Distance To A Plane Mirror Object"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 출원 제09/852,369호 및 "Interferometry System Having A Dynamic Beam Steering Assembly For Measuring Angle And Distance"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 제6,271,923호에 설명된 것과 같은 동적 빔 조정 소자를 갖는 간섭계를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 설명된 간섭계들은 바이 또는 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 사용을 위해 구성된다. Zanoni에 의한 문헌 및 Hill에 의한 3개의 인용된 특허의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다. 간섭계는 예를 들어, 광학 경로 길이의 변경, 물리적 경로 길이의 변경, 빔의 파장의 변경, 또는 빔의 전달 방향의 변경을 모니터하도록 설계될 수 있다.
간섭계(10)는 또한 Henry A. Hill, Peter de Groot 및 Frank C. Demarest 저의 "Apparatus and Method for Measuring the Refractive Index and Optical Path Length Effects of Air Using Multiple-Pass Interferometry"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 제6,219,144(B1)호, 및 Peter de Groot, Henry A. Hill 및 Frank C. Demarest 저의 "Interferometer And Method For Measuring The Refractive Index And Optical Path Length Effects Of Air"라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 제6,407,816호에 설명된 것과 같은 분산 간섭계를 더 포함할 수 있고, 2개의 인용된 특허의 내용은 여기에서 전체적으로 참조로 사용된다. 분산 간섭계를 포함하는 본 출원의 실시예에서, 설명된 간섭계는 바이 또는 쿼드 호모다인 검출 방법의 변형의 사용을 위해 구성된다.
그외 다른 실시예들은 다음의 청구범위 내에 속한다.
본 출원은 2003년 4월 1일자로 출원된 미합중국 가출원 제60/459,425호의 우선권을 주장한다.

Claims (20)

  1. 물체의 간섭계 측정을 하는 방법에 있어서,
    다수의 성분 빔들을 포함하는 입력 빔을 생성하는 단계 - 상기 다수의 성분 빔들 각각은 상이한 주파수 상태로 있고, 상기 다수의 성분 빔들 전부는 서로 공간적으로 동연(coextensive)되며, 몇몇 성분 빔들은 제1 편광을 갖고, 나머지 성분 빔들은 제1 편광에 직교하는 제2 편광을 가짐-;
    상기 다수의 성분 빔들로부터 다수의 측정 빔들을 구하는 단계 - 상기 다수의 측정 빔들 각각은 그 측정 빔이 구해지는 성분 빔의 주파수 상태로 있음-;
    다수의 귀환 측정 빔들을 생성하기 위해 상기 다수의 측정 빔들을 선택된 스팟(spot) 상으로 포커싱하는 단계;
    다수의 간섭 빔들을 생성하기 위해 상기 다수의 귀환 측정 빔들의 각각의 귀환 측정 빔을 다수의 참조 빔들의 상이한 대응하는 참조 빔과 결합하는 단계; 및
    상기 다수의 간섭 빔들로부터 상기 선택된 스팟에 대한 다수의 전기 간섭 신호 값들을 획득하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 전기 간섭 신호 값들을 획득하는 단계는 다수의 획득된 전기 신호 값들의 각각에 대해, 상기 다수의 간섭 빔들의 각각의 간섭 빔을 생성하는 귀환 측정 빔과 참조 빔 사이에 상이한 위상 편이들 결합을 도입하는 단계를 포함것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다수의 전기 간섭 신호 값들의 각각은 상기 선택된 스팟으로부터 나오는 2개의 직교로 편광된 빔의 2개의 필드에 대한 정보를 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다수의 전기 간섭 신호 값들의 각각은 상기 선택된 스팟에서 물체에 의해 산란, 반사 또는 투과된 2개의 직교 편광 빔의 각 필드의 2개의 공액 쿼드러처에 대한 정보를 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 검출기 조립체는 주파수 대역폭에 의해 특징지워지는 감도를 갖는 검출기를 포함하고, 상기 방법은 최소한 검출기의 주파수 대역폭보다 큰 양만큼 서로 분리되어 있는 다수의 성분 빔들을 위한 주파수들을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다수의 성분 빔들은 상기 제1 및 제2 편광의 각각에서 동일한 수의 빔들을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 다수의 성분 빔들은 제1 편광을 갖는 2개의 빔 및 제2 편광을 갖는 2개의 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 다수의 성분 빔들은 제1 편광을 갖는 4개의 빔 및 제2 편광을 갖는 4개의 빔과 같은 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 다수의 간섭 빔들의 각각의 간섭 빔을 생성하는 귀환 측정 빔과 참조 빔 사이에 상이한 위상 편이들 결합을 도입하는 단계는 여러가지 주파수 편이들을 상기 다수의 성분 빔들의 빔들 주파수들 내로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 결합 단계는 공간적으로 동연되는 다수의 간섭 빔들을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 상기 다수의 간섭 빔들을 단일 검출기 소자 상으로 포커싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 다수의 간섭 빔들로부터 상기 다수의 전기 간섭 신호 값들을 획득하는 단계는 8개의 전기 간섭 신호 값을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 다수의 획득된 전기 간섭 신호 값들로부터, 상기 선택된 스팟에서 물체에 의해 산란, 반사 또는 투과되는 직교 편광 빔들의 필드들에 대한 정보를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체에 대한 간섭계 측정 방법.
  13. 물체의 간섭계 측정을 하는 간섭계 시스템에 있어서,
    동작 동안에, 제1 편광을 갖는 제1 빔 세트 및 제1 편광에 직교하는 제2 편광을 갖는 제2 빔 세트를 포함하는 출력 빔을 전달하는 빔 생성 모듈 - 상기 제1 및 제2 빔 세트의 모든 빔들은 상이한 주파수 상태로 있고, 출력 빔 내에서는 공간적으로 동연되며, 상기 빔 생성 모듈은 동작 동안에, 제1 및 제2 빔 세트의 각 빔의 선택된 파라미터에 일련의 상이한 편이들을 도입하는 빔 조정기를 포함하고, 상기 선택된 파라미터는 위상 및 주파수로 이루어진 그룹으로부터 선택됨-;
    검출기 조립체; 및
    제1 편광을 갖는 제1 측정 빔 세트 및 제2 편광을 갖는 제2 측정 빔 세트를 출력 빔으로부터 생성하도록 구성된 간섭계
    를 포함하는데, 상기 간섭계는 또한 물체 상의 선택된 스팟 상으로 제1 및 제2 측정 빔 세트를 이미지화하여, 그들로부터 대응하는 제1 및 제2 귀환 측정 빔 세트를 생성하며, 제1 및 제2 귀환 측정 빔 세트를 다수의 대응하는 참조 빔과 결합하여, 제1 및 제2 간섭 빔 세트를 생성해서, 제1 및 제2 간섭 빔 세트를 검출기 조립체 상으로 동시에 이미지화하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측정 빔 세트의 측정 빔들은 공간적으로 동연되고, 동일한 시간 윈도우 함수를 공유하는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 빔 조정기는 각 빔의 선택된 파라미터에 일련의 상이한 편이들을 도입함으로써, 상기 다수의 간섭 빔들의 각각의 간섭 빔을 생성하는 귀환 측정 빔과 참조 빔 사이에 상이한 위상 편이들 결합을 도입하는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 검출기 조립체는 전기 간섭 신호 값을 발생시키기 위해 제1 및 제2 간섭 빔 세트가 동시에 포커싱되는 검출기 소자를 포함하고, 상기 전기 간섭 신호 값은 상기 선택된 스팟으로부터 나오는 2개의 직교로 편광된 빔의 필드에 대한 정보를 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전기 간섭 신호 값은 상기 선택된 스팟에서 물체에 의해 산란, 반사 또는 투과된 2개의 직교 편광 빔의 각 필드의 2개의 공액 쿼드러처에 대한 정보를 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 상기 검출기 조립체는 주파수 대역폭에 의해 특징지워지는 감도를 갖는 검출기를 포함하고, 상기 제1 및 제2 빔 세트의 빔들의 주파수들은 최소한 검출기의 주파수 대역폭보다 큰 양만큼 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
  19. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 빔 세트는 각각 2개의 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 빔 세트는 각각 4개의 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 시스템.
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