KR20200092962A - 레이저 빔 모니터링 시스템 - Google Patents

레이저 빔 모니터링 시스템 Download PDF

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KR20200092962A
KR20200092962A KR1020207014985A KR20207014985A KR20200092962A KR 20200092962 A KR20200092962 A KR 20200092962A KR 1020207014985 A KR1020207014985 A KR 1020207014985A KR 20207014985 A KR20207014985 A KR 20207014985A KR 20200092962 A KR20200092962 A KR 20200092962A
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splitting element
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KR1020207014985A
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그리벤브로엑 헨드리쿠스 로베르투스 마리 반
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

입사 레이저 빔(24)의 속성을 모니터링하도록 구성된 레이저 빔 모니터링 시스템이 제공되며, 레이저 빔 모니터링 시스템은 빔 분리 요소(30) 및 복수의 센서(34a 내지 34d)를 포함하고, 여기서 빔 분리 요소는 입사 레이저 빔(24)으로부터 복수의 서브-빔(34a 내지 34d)을 형성하도록 구성되고, 제1 서브-빔은 복수의 센서 중 제1 센서로 향하며 제2 서브-빔은 복수의 센서 중 제2 센서로 향하고, 제1 서브-빔 및 제2 서브-빔의 상대 세기는 입사 레이저 빔이 빔 분리 요소에 입사되는 공간 위치에 의해 결정된다.

Description

레이저 빔 모니터링 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 11월 29일에 출원된 유럽출원 번호 제17204356.4호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
본 출원은 레이저 빔 모니터링 시스템에 관한 것이다. 레이저 빔 모니터링 시스템은 리소그래피 장치용 방사선 소스의 일부를 형성할 수 있다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판 상으로 적용시키도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)로부터의 패턴을 기판 상에 제공된 방사선-감응성 물질(레지스트)의 층으로 투영할 수 있다.
패턴을 기판 상으로 투영하기 위해 리소그래피 장치에 의하여 사용된 방사선의 파장은 부분적으로, 그 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 4 내지 20㎚ 범위 내의 파장을 갖는 전자기 방사선인 EUV 방사선을 이용하는 리소그래피 장치는 (예를 들어 193㎚의 파장을 갖는 전자기 방사선을 이용할 수 있는) 일반적인 리소그래피 장치보다 작은 피처를 기판 상에 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치에 의해 사용되는 EUV 방사선은 EUV 방출 플라즈마를 사용하여 생성될 수 있다. 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스로 지칭되는 일 배치에서, 레이저는 주석과 같은 연료에 에너지를 증착시킨다. 이는 연료를 EUV 방사선을 방출하는 플라즈마로 변환시킨다. 연료는 방사선 소스 내의 개방 공간에 걸쳐 이동하는 액적(droplets) 형태이다. 레이저 빔의 펄스는 연료 액적과 동시에 발생된다. 레이저 펄스를 연료 액적과 동시에 발생시키는 것에 더하여, 레이저 빔의 공간 위치가 조정되어 레이저 빔 펄스가 연료 액적에 입사하는 것을 보장한다. 레이저 빔 위치의 조정은 연료 액적의 궤적을 참조하여 이루어질 수 있다. 레이저 빔의 충분한 그리고 정확한 조정을 이루기 위하여, 레이저 빔의 위치를 모니터링할 수 있는 것이 바람직하다. 연료 액적의 궤적을 모니터링하는 것이 바람직할 수 있다. 레이저 빔 또는 연료 액적의 다른 특성을 모니터링하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
따라서, 종래 기술에 의해 교시되거나 제안되지 않은 방식으로 레이저 빔 모니터링을 제공하는 레이저 빔 모니터링 시스템을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 입사 레이저 빔의 속성을 모니터링하도록 구성된 레이저 빔 모니터링 시스템이 제공되며, 레이저 빔 모니터링 시스템은 빔 분리 요소 및 복수의 센서를 포함하고, 여기서 빔 분리 요소는 입사 레이저 빔으로부터 복수의 서브-빔을 형성하도록 구성되며, 제1 서브-빔은 복수의 센서 중 제1 센서로 향하고 제2 서브-빔은 복수의 센서 중 제2 센서로 향하며, 제1 서브-빔 및 제2 서브-빔의 상대 세기는 입사 레이저 빔이 빔 분리 요소에 입사되는 공간 위치에 의해 결정된다.
본 발명은 유리하게는 입사 레이저 빔의 "무게 중심(center of gravity)"이 간단한 방식(straightforward manner)으로 결정되는 것을 허용한다. 무게 중심의 결정은 실질적으로 입사 레이저 빔의 횡단면 형상의 변화에 영향을 받지 않는다.
제1 서브-빔을 형성하는 빔 분리 요소의 제1 부분은 제2 서브-빔을 형성하는 빔 분리 요소의 제2 부분과 섞일 수 있다.
제1 부분은 제2 부분보다 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제1 영역을 차지할 수 있다. 제2 부분은 제1 부분보다 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제2 영역을 차지할 수 있다.
빔 분리 요소는 복수의 센서 중 제3 센서로 향하는 제3 서브-빔 및 복수의 센서 중 제4 센서로 향하는 제4 서브-빔을 또한 형성하도록 구성될 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 서브-빔의 상대 세기는 입사 레이저 빔이 빔 분리 요소에 입사되는 공간 위치에 의하여 결정될 수 있다.
제1 서브-빔을 형성하는 빔 분리 요소의 제1 부분, 제2 서브-빔을 형성하는 빔 분리 요소의 제2 부분, 제3 서브-빔을 형성하는 빔 분리 요소의 제3 부분, 및 제 4 서브-빔을 형성하는 빔 분리 요소의 제4 부분은 서로 섞일 수 있다.
제1 부분은 제2, 제3 또는 제4 부분 중 임의의 부분보다 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제1 영역을 차지할 수 있다. 제2 부분은 제1, 제3 또는 제4 부분 중 임의의 부분보다 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제2 영역을 차지할 수 있다. 제3 부분은 제1, 제2 또는 제4 부분 중 임의의 부분보다 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제3 영역을 차지할 수 있다. 제4 부분은 제1, 제2 또는 제4 부분 중 임의의 부분보다 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제4 영역을 차지할 수 있다.
상이한 부분들이 상기 빔 분리 요소에 걸쳐 가중된 공간 분포로 제공될 수 있다.
제1 부분의 공간 분포는 빔 분리 요소의 제1 구역을 향해 가중될 수 있어, 입사 레이저 빔이 제1 구역에 입사될 때 입사 레이저 빔이 주로 제1 서브-빔을 형성한다. 제2 부분의 공간 분포는 빔 분리 요소의 제2 구역을 향해 가중될 수 있어, 입사 레이저 빔이 제2 구역에 입사될 때 입사 레이저 빔이 주로 제2 서브-빔을 형성한다. 대응하는 공간 분포는 빔 분리 요소의 제3 및 제4 부분을 위하여 제공될 수 있다.
제1 및 제2 구역은 각각 빔 분리 요소의 1/4를 포함할 수 있다.
빔 분리 요소는 상이한 부분들로부터 형성된 셀들을 포함할 수 있다.
셀을 형성하는 상이한 부분들의 면적은 빔 분리 요소에 걸쳐 공간 셀 위치의 함수로서 변할 수 있다.
빔 분리 요소는 굴절 광학 요소일 수 있다. 대안적으로, 빔 분리 요소는 반사 광학 요소일 수 있다. 전반적으로, 본 발명의 실시예는 투과성 요소 대신에 반사성 요소를 이용하여 형성될 수 있다.
빔 분리 요소는 회절 광학 요소일 수 있다.
집속 광학계가 빔 분리 요소와 센서 사이에 제공될 수 있다.
빔 분리 요소는 투과성일 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 레이저 시스템, 레이저 빔 모니터링 시스템, 연료 방출기 및 방사선 컬렉터를 포함하는 방사선 소스가 제공된다. 레이저 빔 모니터링 시스템은 빔 분리 요소 및 복수의 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 빔 분리 요소는 입사 레이저 빔으로부터 복수의 서브-빔을 형성하도록 구성되며, 제1 서브-빔은 복수의 센서 중 제1 센서로 향하고 제2 서브-빔은 복수의 센서 중 제2 센서로 향하며, 제1 서브-빔 및 제2 서브-빔의 상대 세기는 입사 레이저 빔이 빔 분리 요소에 입사되는 공간 위치에 의해 결정된다.
방사선 소스는 복수의 센서로부터 수신된 출력을 이용하여 레이저 빔을 조정하도록 배치된 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
방사선 소스는 연료 타겟에서 반사된 후의 레이저 빔의 속성을 모니터링하도록 구성된 제2 레이저 빔 모니터링 시스템을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 투영하도록 배치된 리소그래피 장치를 포함하고 본 발명의 제2 양태의 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 시스템이 제공된다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 레이저 빔을 모니터링하는 방법에 제공되며, 본 방법은 입사 레이저 빔을 빔 분리 요소 상으로 지향시키는 것; 입사 레이저 빔으로부터 복수의 서브-빔을 형성하는 것; 복수의 센서 중 제1 센서를 이용하여 제1 서브-빔을 검출하는 것; 및 복수의 센서 중 제2 센서를 이용하여 제2 서브-빔을 검출하는 것을 포함하며, 여기서 제1 및 제2 서브-빔의 상대 세기는 입사 레이저 빔이 빔 분리 요소에 입사되는 공간 위치에 의하여 결정된다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태의 레이저 빔 모니터링 시스템에서 사용되도록 구성된 빔 분리 요소가 제공된다.
본 발명의 상이한 특징들 및 상이한 양태들이 서로 조합될 수 있다.
이제 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 리소그래피 장치와 본 발명의 실시예에 따른 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 시스템을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 모니터링 시스템을 도시하고 있다.
도 3은 도 2의 레이저 빔 모니터링 시스템의 작동을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 모니터링 시스템의 일부를 형성할 수 있는 빔 분리 요소를 도시하고 있다.
도 5는 도 4의 빔 분리 요소를 형성하기 위하여 사용될 수 있는 구조를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 모니터링 시스템의 일부를 형성할 수 있는 대안적인 빔 분리 요소를 도시하고 있다.
도 7은 도 6의 빔 분리 요소의 단일 셀 및 셀 상의 횡단면 위치의 함수로서 그 셀에 의하여 제공되는 광학 경로 차이를 보여주는 그래프를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 모니터링 시스템의 일부를 형성할 수 있는 다른 대안적인 빔 분리 요소를 도시하고 있다.
도 9는 도 8의 빔 분리 요소의 단일 셀 및 셀 상의 횡단면 위치의 함수로서 그 셀에 의하여 제공되는 광학 경로 차이를 보여주는 그래프를 도시하고 있다.
도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 유사하거나 대응하는 특징부를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 모니터링 시스템(20)을 포함하는 리소그래피 시스템을 도시하고 있다. 리소그래피 시스템은 방사선 소스(SO)와 리소그래피 장치(LA)를 포함하고 있다. 방사선 소스(SO)는 극자외(EUV) 방사선 빔(B)을 생성하도록 구성되어 있다. 리소그래피 장치(LA)는 조명 시스템(IL), 패터닝 디바이스(MA) (예를 들어, 마스크)를 지지하도록 구성된 지지 구조체(MT), 투영 시스템(PS) 및 기판(W)을 지지하도록 구성된 기판 테이블(WT)을 포함하고 있다. 조명 시스템(IL)은 방사선 빔이 패터닝 디바이스(MA)에 입사되기 전에 방사선 빔(B)을 조정하도록 구성되어 있다. 투영 시스템은 (이제 마스크 (MA)에 의해 패터닝된) 방사선 빔(B)을 기판(W) 상으로 투영하도록 구성되어 있다. 기판(W)은 이전에 형성된 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우, 리소그래피 장치는 패터닝된 방사선 빔(B)을 기판(W) 상에 이전에 형성된 패턴과 정렬시킨다.
방사선 소스(SO), 조명 시스템(IL), 및 투영 시스템(PS)은 모두 외부 환경으로부터 격리될 수 있도록 구성되고 배치될 수 있다. 대기압 미만의 압력에서의 가스 (예를 들어, 수소)가 방사선 소스(SO)에 제공될 수 있다. 진공이 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS) 내에 제공될 수 있다. 대기압보다 훨씬 낮은 압력에서의 소량의 가스 (예를 들어, 수소)가 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PS) 내에 제공될 수 있다.
도 1에 나타나 있는 방사선 소스(SO)는 레이저 생성 플라즈마(LPP) 소스로 지칭될 수 있는 유형이다. 예를 들어 펄스형 CO2 레이저일 수 있는 레이저 시스템(1)은 연료 방출기(3)로부터 제공되는 주석(Sn)과 같은 연료 타겟 내로 레이저 빔(2)을 통해 에너지를 증착시키도록 배치되어 있다. 주석이 뒤이은 설명에서 언급되지만, 금속 또는 합금과 같은 임의의 적합한 연료가 사용될 수 있다. 연료 방출기(3)는 플라즈마 형성 영역(4)을 향하여 궤적을 따라, 예를 들어 액적 형태의 연료를 지향시키도록 구성된 노즐을 포함할 수 있다. 레이저 빔(2)은 플라즈마 형성 영역(4)에서 연료 타겟에 입사된다. 연료 타겟 내로의 레이저 에너지의 증착은 플라즈마 형성 영역(4)에서 플라즈마(7)를 생성한다. 플라즈마의 전자와 이온의 탈여기(de-excitation) 및 재결합 동안에 EUV 방사선을 포함한 방사선이 플라즈마(7)로부터 방출된다.
EUV 방사선은 거의 수직인 입사 방사선 컬렉터(5) (때로는 더욱 일반적으로 수직 입사 방사선 컬렉터로 지칭됨)에 의해 수집되고 집속된다. 컬렉터(5)는 EUV 방사선 (예를 들어, 13.5㎚와 같은 원하는 파장을 갖는 EUV 방사선)을 반사시키도록 배열된 다층 구조체를 가질 수 있다. 컬렉터(5)는 2개의 초점을 갖는 타원체 구성을 가질 수 있다. 아래에서 설명된 바와 같이, 제1 초점은 플라즈마 형성 영역(4)에 있을 수 있으며, 제2 초점은 중간 초점(6)에 있을 수 있다.
컬렉터(5)에 의해 반사된 방사선은 방사선 빔(B)을 형성한다. 방사선 빔(B)은 지점(6)에서 집속되어 플라즈마 형성 영역(4)의 이미지를 형성하며, 이 영역은 조명 시스템(IL)을 위한 가상 방사선 소스로서 작용한다. 방사선 빔(B)이 집속되는 지점(6)은 중간 초점으로 지칭될 수 있다. 방사선 소스(SO)는 중간 초점(6)이 방사선 소스의 외함 구조체(enclosing structure)(9) 내의 개구(8)에 또는 그에 가까이 위치되도록 배치되어 있다.
방사선 빔(B)은 방사선 소스(SO)로부터 조명 시스템(IL)으로 나아가며, 조명 시스템은 방사선 빔을 조정하도록 구성되어 있다. 조명 시스템(IL)은 패싯형 필드 미러(faceted field mirror) 디바이스(10)와 패싯형 퓨필 미러(faceted pupil mirror) 디바이스(11)를 포함할 수 있다. 패싯형 필드 미러 디바이스(10)와 패싯형 퓨필 미러 디바이스(11)는 함께 방사선 빔(B)에 방사선 빔(B)의 횡단면에서 원하는 횡단면 형상 및 원하는 각도 세기 분포를 제공한다. 방사선 빔(B)은 조명 시스템(IL)으로부터 나아가며 지지 구조체(MT)에 의해 유지되는 패터닝 디바이스(MA)에 입사된다. 패터닝 디바이스(MA)는 방사선 빔(B)을 반사시키고 패터닝한다. 조명 시스템(IL)은 패싯형 필드 미러 디바이스(10) 및 패싯형 퓨필 미러 디바이스(11)에 더하여 또는 대신에 다른 미러 또는 디바이스를 포함할 수 있다.
패터닝 디바이스(MA)로부터의 반사 후에, 패터닝된 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)으로 들어간다. 투영 시스템(PS)은 기판 테이블(WT)에 의해 유지되는 기판(W) 상으로 방사선 빔(B)을 투영하도록 구성된 복수의 미러를 포함하고 있다. 투영 시스템(PS)은 방사선 빔(B)에 감소 인자를 적용하여 패터닝 디바이스(MA) 상의 대응하는 피처보다 작은 피처를 갖는 이미지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 감소 인자 4가 적용될 수 있다. 도 1에서 투영 시스템(PS)은 2개의 미러를 갖고 있지만, 투영 시스템은 임의의 개수의 미러 (예를 들어, 6개의 미러)를 포함할 수 있다.
방사선 소스(SO)는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 모니터링 시스템(20a, 20b)을 더 포함하고 있다. 빔 스플리터(22)는 레이저 빔(2)의 일부분(24)을 분리하고 이를 제1 레이저 빔 모니터링 시스템(20a)으로 향하도록 배치되어 있다. 제1 레이저 빔 모니터링 시스템(20a)은 레이저 빔(2)의 분할 부분(24)의 공간 위치를 모니터링하도록 구성되어 있다. 이는 레이저 빔(2)이 플라즈마 형성 영역(4)에서 입사되는 공간 위치가 결정되는 것을 허용한다. 레이저 빔 모니터링 시스템(20a)으로부터의 출력 신호는 컨트롤러(CT)로 전달된다. 컨트롤러(CT)는 이 신호를 이용하여 레이저 빔(2)의 위치를 조정한다. 방사선 소스는 또한 연료 타겟이 방사선 소스(SO)의 외함 구조체(9)에 걸쳐 이동함에 따라 연료 타겟의 궤적을 추적하는 이미징 시스템 (보여지지 않음) 또는 다른 시스템을 포함할 수 있다. 이 추적 시스템으로부터의 출력 신호 또한 컨트롤러(CT)로 전달될 수 있다. 제1 레이저 빔 모니터링 시스템(20a)으로부터의 그리고 연료 타겟 추적 시스템으로부터의 출력 신호는 컨트롤러(CT)에 의해 사용되어 레이저 빔(2)의 펄스가 플라즈마 형성 영역(4)의 연료 타겟에 입사되는 것을 보장할 수 있다. 컨트롤러(CT)는 레이저 시스템(1)으로부터 출력된 레이저 빔(2)의 공간 위치 또는 포인팅 방향에 조정을 적용하여 예를 들어 연료 타겟 궤적의 편차 및/또는 레이저 빔(2) 자체의 변형을 수용할 수 있다. 레이저 빔(2)의 변형은 예를 들어 레이저 시스템(1) 내의 일부 불안정성으로부터 발생할 수 있는, 레이저 빔의 위치 변동일 수 있다. 레이저 빔(2)의 변형은 예를 들어 레이저 빔의 최고 세기 영역의 공간 위치의 이동 (예를 들어, 가우시안 프로파일(Gaussian profile)에서 일부 다른 프로파일로의 변경)일 수 있다.
연료 타겟은 약간의 반사율을 가지며, 결과적으로 연료 타겟에 의해 흡수되지 않은 레이저 빔(2)의 일부분은 연료 타겟에서 반사된다. 이 부분은 반사된 레이저 빔으로 지칭될 수 있다. 반사된 레이저 빔은 빔 스플리터(22)로 나아가며, 빔 스플리터는 반사된 레이저 빔의 일부분(25)을 분리하고 이를 제2 레이저 빔 모니터링 시스템(20b)으로 향하게 한다. 제2 레이저 빔 모니터링 시스템(20b)은 반사된 레이저 빔의 분할 부분(25)의 공간 위치를 모니터링하도록 구성되어 있다. 이는 레이저 빔(2)을 반사하였던 연료 타겟의 위치가 결정되는 것을 허용한다. 제2 레이저 빔 모니터링 시스템(20b)으로부터의 출력 신호는 컨트롤러(CT)로 전달된다. 이 신호는 또한 레이저 빔(2)의 위치 또는 포인팅을 조정할 때 컨트롤러에 의해 사용될 수 있다. 실시예에서, 컨트롤러(CT)는 제1 및 제2 레이저 빔 모니터링 시스템(20a, 20b)으로부터의 출력들을 비교하여 레이저 빔(2)과 연료 타겟 사이의 상대 정렬에 관한 정보를 획득할 수 있다.
레이저 빔 모니터링 시스템(20a, 20b)의 실시예가 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 제1 및 제2 레이저 빔 모니터링 시스템(20a, 20b)은 서로 동일할 수 있으며, 본 설명의 나머지 부분에서는 레이저 빔 모니터링 시스템(20)으로 지칭된다. 용어의 편의를 위하여, 레이저 빔(2)의 분리 부분(24)만이 도시되고 도면 부호가 부여되어 있다. 반사된 레이저 빔의 분할 부분(25)은 보여지고 있지 않지만, 본 발명의 실시예는 반사된 레이저 빔의 분할 부분의 위치를 결정할 수 있다. 도 2a는 레이저 빔 모니터링 시스템(20)을 횡단면으로 도시하고 있으며, 도 2b는 정면에서 본 레이저 빔 모니터링 시스템(20)의 센서를 도시하고 있다. 레이저 빔 모니터링 시스템(20)은 빔 분리 요소(30), 수렴 렌즈(32) 및 4개의 센서(34a 내지 34d)를 포함하고 있다. 시스템(20)의 광학 축(OA)이 도 2a에 나타나 있다. 빔 분리 요소(30)는 (아래에서 더 설명되는 바와 같이) 예를 들어 소위 굴절 광학 요소(ROE) 또는 소위 회절 광학 요소(DOE)일 수 있거나 또는 다른 형태를 취할 수 있다. 센서들 중 2개의 센서(34a 및 34b)만이 도 2a에 도시되어 있는 반면에, 4개의 센서(34a 내지 34d) 모두가 도 2b에 도시되어 있다.
센서(34a 내지 34d)는 수렴 렌즈(32)로부터 초점 거리만큼 떨어져 위치될 수 있다. 수렴 렌즈(32)는 (아래에서 설명되는) 빔 분리 요소(30)에 의해 형성된 서브-빔들이 센서(34a 내지 34d)에 입사되기 전에 완전히 분리되는 것을 보장한다. 단일 굴절 렌즈(32)가 도 2a에 도시되어 있지만, 임의의 적합한 집속 광학계가 서브-빔을 분리하기 위해 사용될 수 있다.
레이저 빔(24)의 분리 부분은 빔 분리 요소(30)에 입사된다. 용어의 편의를 위해, 이 레이저 빔은 이하 입사 레이저 빔(24)으로 지칭된다. 빔 분리 요소(30)는 아래에서 더 설명되는 메커니즘을 통해 입사 레이저 빔(24)을 4개의 서브-빔(24a 내지 24d)으로 분리한다. 각 서브-빔(24a 내지 24d)은 수렴 렌즈(32)에 의해 다른 센서(34a 내지 34d) 상으로 집속된다. 빔 분리 요소(30)는 레이저 빔(24)이 빔 분리 요소(30)에 입사될 때, 서브-빔(24a 내지 24d)들 중 특정 서브-빔으로 분리되는 입사 레이저 빔(24)의 비율이 빔 분리 요소(30)에 대한 레이저 빔(24)의 공간 위치에 의존하도록 배치되어 있다. 서브-빔들 중 2개의 서브-빔(24a, 24b)이 도 2에 도시되어 있다. 서브-빔(24a, 24b)이 도면에서 서로 쉽게 구별될 수 있도록 상이한 길이의 대시(dash)를 갖는 파선이 이용된다.
일부 실시예에서, 빔 분리 요소(30)의 상류에 수렴 렌즈 (도시되지 않음) 또는 미러 (도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 이는 예를 들어 레이저 빔(2)을 플라즈마 형성 영역에 집속하기 위하여 수렴 렌즈 (또는 미러)가 또한 빔 스플리터(22)와 방사선 소스(SO)의 플라즈마 형성 영역(4) 사이에 위치되는 경우 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에서, 빔 분리 요소(30)의 상류의 수렴 렌즈는 플라즈마 형성 영역(4)의 상류의 수렴 렌즈의 효과를 모방하며, 따라서 제1 레이저 빔 모니터링 시스템(20a)의 출력은 플라즈마 형성 영역(4)에서의 레이저 빔(2)의 거동과 대응한다. 다른 실시예에서, 빔 분리 요소(30)의 상류의 수렴 렌즈는 생략될 수 있다.
4개의 서브-빔 및 4개의 센서가 도 2에 도시되어 있지만, 임의의 다른 개수의 서브-빔 및 임의의 다른 개수의 센서가 이용될 수 있다. 센서는 예를 들어 빔 분리 요소(30)에 의해 서브-빔에 적용되는 방향에 의해 결정되는 임의의 원하는 공간 분포를 가질 수 있다. 실시예에서, 빔 분리 요소(30)는 다수의 회절 차수, 예를 들어 제1 및 제2 회절 차수를 생성할 수 있다. 이러한 경우, 다수의 회절 차수 (예를 들어, 제1 및 제2 회절 차수)는 모두 동일한 센서에 입사될 수 있다. 대안적으로, 다수의 회절 차수가 상이한 센서들에 입사될 수 있다.
도 3은 (일 실시예에서) 빔 분리 요소(30)가 입사 레이저 빔(24)을 4개의 서브-빔(24a 내지 24d)으로 분리하는 방식을 개략적으로 도시하고 있다. 도 3a에서, 입사 레이저 빔(24)은 빔 분리 요소(30)의 중심(36)에서 입사된다. 중심(36)은 중심 기준 위치로 지칭될 수 있다. 중심 기준 위치는 빔 모니터링 시스템(20)의 광학 축(OA)과 대응할 수 있다. 빔 분리 요소(30)는 입사 레이저 빔(24)을 동일한 세기의 4개의 서브-빔(24a 내지 24d)으로 분리한다. 각 센서(34a 내지 34d)는 그 특정 센서에 입사하는 서브-빔(24a 내지 24d)의 세기를 나타내는 관련 출력 신호를 제공한다. 도 3a에 도시된 상황에서, 센서(34a 내지 34d) 각각은 유사한 출력 신호를 제공하며, 이는 입사 레이저 빔(24)이 빔 분리 요소(30)의 중심(36)에서 입사되었다는 것을 나타낸다. 센서(34a 내지 34d)로부터 출력된 신호들은 센서들의 성능들 간이의 차이로 인하여 서로 약간 다를 수 있다. 이러한 차이를 고려하기 위해 교정이 사용될 수 있다.
이 실시예에서 빔 분리 요소(30)의 중심(36)은 입사 레이저 빔(24)을 동일한 세기의 4개의 서브-빔(24a 내지 24d)으로 분리하지만, 다른 실시예에서 빔 분리 요소의 중심은 입사 레이저 빔을 동일하지 않은 세기의 서브-빔들로 분리할 수 있다. 이 경우에, 센서(34a 내지 34d)로부터 출력된 신호의 동일하지 않은 세기는 신호의 처리 동안 교정될 수 있다. 따라서, 빔 분리 요소(30)의 중심에 대한 입사 레이저 빔(24)의 위치는 여전히 결정될 수 있다. 이 실시예에서 입사 레이저 빔(24)의 위치는 빔 분리 요소(30)의 중심에 대해 결정되지만, 다른 실시예에서 입사 레이저 빔의 위치는 빔 분리 요소의 중심이 아닌, 빔 분리 요소 상의 위치를 참조하여 결정될 수 있다.
도 3b에서, 입사 레이저 빔(24)은 빔 분리 요소(30) 상의 중앙 기준 위치(36)의 우측으로 시프트(shifted)되어 있다. 이 도면 및 다른 도면에 직교 좌표가 포함되어 있다. 우측으로의 시프트는 x-방향으로의 시프트로 지칭될 수 있다. 빔 분리 요소(30)는 입사 레이저 빔을 4개의 서브-빔(24a 내지 24d)으로 다시 분리하며, 서브-빔의 각각의 서브-빔은 센서(34a 내지 34d)들의 각각의 센서에 입사된다. 그러나, 이 경우에 우측 센서(34c, 34d) 상의 서브-빔(24c, 24d)의 세기는 좌측 센서(34a, 34b) 상의 서브-빔(24a, 24b)의 세기보다 크다. 이는 좌측 센서(34a, 34b) 상의 서브-빔(24a, 24b)을 파선으로 도시함으로써 개략적으로 표시된다. 우측 센서(24c, 24d)로부터의 출력 신호는 좌측 센서(24a, 24d)로부터의 출력 신호보다 더 큰 크기를 갖고 있다. 이는 입사 레이저 빔(24)의 x-방향 시프트를 나타낸다. 상부 센서(24a, 24d)로부터의 출력 신호는 하부 센서(24b, 24c)로부터의 출력 신호와 대응하며, 따라서 입사 레이저 빔(24)의 y-방향 시프트가 없었음을 나타낸다.
이 실시예에서, 우측으로의 입사 레이저 빔(24)의 시프트는 우측 센서(34c, 34d)에 입사되는 서브-빔(24c, 24d)의 세기를 증가시킨다. 그러나 대안적인 실시예에서, 우측으로의 입사 레이저 빔(24)의 시프트는 좌측 센서(34a, 34b) (또는 상부 센서 또는 하부 센서)에 입사하는 서브-빔(24a, 24b)의 세기를 증가시킬 수 있다. 이는 빔 분리 요소(30) 상의 셀들의 적절한 배치의 이용을 통하여 달성될 수 있다 (셀은 아래에서 더 논의된다).
도 3c에서, 입사 레이저 빔(24)은 빔 분리 요소(30) 상의 중앙 기준 위치(36)에 대해 아래로 그리고 좌측으로 이동하였다. 이는 -x 및 -y 방향의 시프트로 지칭될 수 있다. 빔 분리 요소(30)는 입사 레이저 빔(24)을 센서(34a 내지 3d)에 입사하는 4개의 서브-빔(24a 내지 24d)으로 다시 분리한다. 그러나, 이 경우에 좌측 하단 센서(34b)에 입사하는 서브-빔(24b)은 다른 센서(34a, 34c, 34d)에 입사되는 서브-빔(24a, 24c, 24d)보다 높은 세기를 갖고 있다 (더 낮은 세기의 서브-빔은 파선을 이용하여 도시되어 있다). 좌측 하단 센서(34b)로부터의 출력 신호는 다른 센서(34a, 34c, 34d)로부터의 출력 신호보다 더 큰 세기를 갖고 있다. 이는 -x 및 -y 방향으로의 입사 레이저 빔(24)의 시프트를 나타낸다.
빔 분리 요소(30)는 입사 레이저 빔(24)을 빔 분리 요소 상의 입사 레이저 빔 위치의 함수로서 점차적으로 변화하는 세기를 갖는 서브-빔(24a 내지 24d)으로 분리하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 입사 레이저 빔(24)의 점차적인 이동은 빔 분리 요소(30)에 의해 형성된 서브-빔(24a 내지 24d)의 상대 세기의 점차적인 변화를 야기할 것이다.
센서(34a 내지 34d)로부터 출력된 신호들은 레이저 시스템(1)을 제어하기 위하여 컨트롤러(CT)에 의해 사용될 때 함께 결합될 수 있다. 예를 들어, 좌측 센서 쌍(34a, 34b)으로부터의 출력 신호들은 함께 더해져 좌측 합계(sum)를 형성할 수 있으며, 우측 센서 쌍(34c, 34d)으로부터의 출력 신호들은 함께 더해져 우측 합계를 형성할 수 있다. 좌측 합계가 우측 합계로부터 감산되어 입사 레이저 빔(24)의 x-방향 위치를 나타내는 값을 제공할 수 있다. 이 값은 레이저 시스템(1)에 의해 출력되는 레이저 빔(2)의 x-방향 위치를 조정하는데 사용될 수 있다. 입사 레이저 빔(24)의 y-방향 위치를 나타내는 값을 획득하기 위해 그리고 레이저 시스템(1)에 의해 출력되는 레이저 빔(2)의 y-방향 위치를 조정하기 위해 대응 접근법이 사용될 수 있다. 센서(34a 내지 34d)로부터 출력된 신호는 입사 레이저 빔(24)의 위치를 결정하기 위해 다른 방식으로 처리될 수 있다. 센서(34a 내지 34d)의 상이한 응답들을 고려하기 위해, 출력 신호들이 합산 또는 감산되기 전에 출력 신호의 일부 처리가 수행될 수 있다. 처리는 상이한 응답을 보상하는 신호에 가중 인자를 적용하는 것을 포함할 수 있다.
도 4는 단순화된 실시예에 따른 빔 분리 요소(40)를 개략적으로 도시하고 있다. 이 예에서의 빔 분리 요소(40)는 입사 레이저 빔(24)을 4개의 서브-빔보다는 2개의 서브-빔으로 분리하도록 구성되어 있다. 빔 분리 요소(40)는 제1 센서 (도시되지 않음)로 향하는 서브-빔을 형성하도록 구성된 제1 부분(42) 및 제2 센서 (도시되지 않음)로 향하는 서브-빔을 형성하도록 구성된 제2 부분(43)을 포함하고 있다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 부분(42)은 회색의 더 어두운 음영으로 표시되고, 제2 부분(43)은 회색의 더 밝은 음영으로 표시되며, 제1 부분(42)은 제2 부분(43)의 대응하는 테이퍼링 부분(tapering portion)과 섞여 있는(inter-mixed) 테이퍼링 부분을 포함하고 있다. 이 테이퍼링 부분들은 서브-빔의 세기의 가중치를 제공하며, 세기의 가중치는 빔 분리 요소(40) 상의 중심 기준 위치에 대한 입사 레이저 빔(24)의 위치에 의해 결정된다. 인식될 바와 같이, 중심 기준 위치에 대한 입사 레이저 빔(24)의 우측 (x-방향)으로의 변위는 레이저 빔이 빔 분리 요소(40)의 제1 부분(42)보다 더 큰 비율의 제2 부분(43)으로 입사된다는 것을 의미할 것이다. 　결과적으로, 제2 검출기에 입사되는 서브-빔은 제1 검출기에 입사되는 서브-빔보다 더 큰 세기를 가질 것이다. 유사하게, 입사 레이저 빔(24)이 중심 기준 위치에 대해 좌측 (-x-방향)으로 변위된다면, 그러면 제1 검출기에 입사되는 서브-빔의 세기는 제2 검출기에 입사되는 다른 서브-빔의 세기보다 클 것이다. 빔 분리 요소(40)의 제1 및 제2 부분(42, 43)의 섞여 있는 부분의 테이퍼링 특성은 형성되는 서브-빔의 세기가 빔 분리 요소 상의 입사 레이저 빔(24)의 x-방향 위치의 함수에 따라 점진적으로 변하도록 하는 것이다. 입사 레이저 빔(24)의 점진적인 이동은 빔 분리 요소(40)에 의해 형성된 서브-빔의 상대 세기의 점진적인 변화를 야기할 것이다. 입사 레이저 빔(41)의 상하 (y-방향)의 이동은 이 단순화된 실시예에서 제1 및 제2 센서에 입사되는 서브-빔의 상대 세기를 변화시키지 않을 것이다.
도 5a는 도 4와 관련하여 위에서 설명된 빔 분리 요소(40)의 구현을 사시도로 도시하고 있다. 이 구현은 교호적인 방향들로 적층된, 일련의 테이퍼진 웨지형 프리즘들을 포함하고 있다. 여기서 표현 "테이퍼진 웨지형(tapered wedged)"은 각 프리즘이 일 측에서 보여질 때 웨지 형상이며 위에서 보여질 때 이등변 삼각형이라는 것을 나타내기 사용되고 있다. 이등변 삼각형의 끝은 웨지의 두꺼운 말단과 대응한다. 빔 분리 요소(40)의 입력면(46)은 평면이면서, 출력면은 굴절 광학 요소의 역할을 하는 테이퍼진 웨지형 프리즘으로 구성되어 있다. 단일 웨지형 프리즘(45a)의 측면도가 도 5b에 개략적으로 도시되어있다. 입사 레이저 빔(24)의 일부는 수직 입사각을 갖고 웨지형 프리즘(45a)의 평면 입력면(46)에 입사된다. 웨지형 프리즘(45)의 각진 출력면(47a)은 광학 축(OA)에 대해 소정 각도로 전파되는 서브-빔(24a)을 형성한다. 빔 분리 요소(40)의 다른 제2 웨지형 프리즘(45b)의 측면도가 도 5c에 도시되어 있다. 이 웨지형 프리즘(45b)의 각진 출력면(47b)은 도 5b에 도시된 웨지형 프리즘(45a)의 각진 출력면(47a)과 반대 방향으로 경사진다. 그 결과, 제1 웨지형 프리즘에 의해 형성된 서브-빔(24a)과 반대 방향으로 전파되는 서브-빔(24b)이 형성된다. 도 4를 다시 참조하면, 빔 분리 요소(40)의 제1 부분(42)은 도 5b에 도시된 바와 같이 테이퍼진 웨지형 프리즘(45a)으로 형성되고, 제2 부분(43)은 도 5c에 도시된 바와 같이 테이퍼진 웨지형 프리즘(45b)으로 형성된다.
도 4 및 도 5의 단순화된 실시예에서, 위에서 언급된 바와 같이, 입사 레이저 빔(24)은 단지 2개의 서브-빔(24a, 24b)으로 분리된다. 이 2개의 서브-빔(24a, 24b)의 각각은, 제1 빔 분리 요소(40)와 대응하지만 광학 축(OA)에 대해 90도만큼 회전된 제2 빔 분리 요소 (도시되지 않음)를 사용하여 2개의 추가 서브-빔으로 분리될 수 있다. 이는 입사 레이저 빔(24)을 입사 레이저 빔(24)의 위치에 좌우되는 상대 세기를 갖는 4개의 서브-빔(24a 내지 24d)으로 분리할 것이다.
본 발명의 위의 실시예는 본 발명의 작동 원리를 예시하며, 테이퍼진 웨지형 프리즘을 사용하여 형성될 수 있다. 그러나, 실제로는 테이퍼진 웨지형 프리즘들을 도 5a에 도시된 배열로 위치시키는 것이 어려울 수 있다. 이하에서 논의되는 바와 같이, 다른 실시예는 구현하기 더욱 쉬울 수 있고 비용이 덜들 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따른 빔 분리 요소(50)가 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 이 실시예는 굴절 광학 요소(ROE)로 지칭될 수 있다. 도 6 및 도 7의 빔 분리 요소(50)는 (위에서 설명된 바와 같이) 광학 축에 대해 90도 회전된 제2 빔 분리 요소와 함께 도 4 및 도 5의 빔 분리 요소(40)와 동일한 기능을 제공한다. 도 6 및 도 7의 실시예에서, 굴절 광학 요소(50)는 셀의 어레이인 것으로 간주될 수 있다. 주어진 셀은 제1 센서로 향하는 제1 서브-빔을 형성하는 제1 영역, 제2 센서로 향하는 제2 서브-빔을 형성하는 제2 영역, 제3 센서로 향하는 제3 서브-빔을 형성하는 제3 영역, 및 제4 센서로 향하는 제4 서브-빔을 형성하는 제4 영역을 포함하고 있다. 셀 내의 제1 내지 제4 영역의 상대적인 크기는 서브-빔의 방사선 이미지의 상대 세기를 결정한다.
도 6a는 실시예에 따른 굴절 광학 요소(50)를 도시하고 있으며, 도 6b는 실시예의 중심 부분을 보다 상세하게 도시하고 있다. 음영은 미크론 단위의 굴절 광학 요소(50)의 두께를 나타낸다. 입사 레이저 빔의 파장은 약 10 미크론일 수 있다. 굴절 광학 요소의 단일 셀(52)은 점선으로 표시된 사각형으로 식별된다. 이 셀이 도 7a에서 확대도로 도시되어 있다. 도 7b는 단일 셀(52) 상의 횡단면 위치의 함수로서 입사 레이저 빔에 의해 경험되는 광학 경로 차이를 나타내는 그래프이다. 그래프의 수직 축은 셀의 국부적인 두께를 미크론 단위로 나타내며 수평 축은 셀의 공간 위치를 ㎜ 단위로 나타내고 있다.
셀(52)은 중심 부분(53), 4개의 코너 부분(54a 내지 54d), 제1 쌍의 측면 부분(55a, 55b) 및 제2 쌍의 측면 부분(56a, 56b)을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 셀(52)은 굴절 광학 요소(50)의 중심 셀이기 때문에, 각 부분 또는 각 세트의 부분들은 동일한 면적을 갖는다. 따라서, 중심 부분(53)은 결합된 4개의 코너 부분(54a 내지 54d)과 동일한, 결합된 제1 쌍의 측면 부분(55a, 55b)과 동일한, 그리고 결합된 제2 쌍의 측면 부분(56a, 56b)과 동일한 면적을 갖고 있다. 각 상이한 부분 또는 상이한 세트의 유사한 부분들은 상이한 센서(34a 내지 34d)로 향하는 방사선 서브-빔을 형성한다 (도 2b 참조).
먼저, 중심 부분(53)을 고려하면, 이 부분은 x=y 방향으로 기울어진 출력면을 가지며, 따라서 x 및 y가 증가함에 따라 증가하는 광학 경로 차이를 갖는다. 도 7 및 도 2b를 조합하여 참조하면, 중심 부분(53)의 경사진 출력면은 방사선 서브-빔(24d)을 우측 상부 센서(34d)로 향하게 한다.
4개의 코너 부분(54a 내지 54d)을 고려하면, 이 코너 부분 중 2개의 부분(54b, 54d)에 의해 제공된 광학 경로 차이가 도 7b의 그래프의 x=y 라인 상에 나타나 있다. 코너 부분(54b, 54d)의 출력면의 기울기는 중심 부분의 기울기와 반대이다 (x와 y가 증가함에 따라 광학 경로 차이는 감소한다). 도 7 및 도 2b의 조합을 참조하면, 2개의 경사진 코너 부분(54b, 54d)은 방사선 서브-빔(24b)을 좌측 하부 센서(34b)로 향하게 한다. 다른 2개의 코너 부분(54a, 54c)은 또한 동일한 경사진 출력면을 갖고 있으며 따라서 방사선 서브-빔을 좌측 하부 센서(34b)로 향하게 한다.
제1 쌍의 측면 부분(55a, 55b)은 x=-y 방향으로 경사진 출력면을 갖고 있다. 이 기울기는 도 7b의 y=0 라인에서 부분적으로 보여진다. 도 7 및 도 2b를 조합하여 참조하면, 제1 쌍의 측면 부분(55a, 55b)은 방사선 서브-빔(24c)을 우측 하부 센서(34c)로 향하게 한다.
제2 쌍의 측면 부분(56a, 56b)은 x=-y 방향으로 기울어진 출력면을 갖고 있지만, 기울기는 제1 쌍의 측면 부분(55a, b)과 반대 부호를 갖고 있다. 이 기울기가 도 7b의 x=0 라인에서 부분적으로 보여지고 있다. 도 7 및 도 2b를 조합하여 참조하면, 제2 쌍의 측면 부분(56a, 56b)은 방사선 서브-빔(24a)을 좌측 상부 센서(34a)로 향하게 한다.
각 셀(52)의 부분들 또는 세트들의 부분들의 상대적인 면적들은 굴절 광학 요소(50) 상에서의 셀 위치의 함수로서 변화한다. 위에서 언급된 바와 같이, 도 7a에 도시된 중심 셀(52)에서, 중심 부분은 세트의 부분들의 각각과 동일한 면적을 갖고 있다. 그러나, 굴절 광학 요소(50)의 우측 상부 코너를 향하여 위치된 셀에서, 중심 부분(53)은 다른 세트의 부분(54a 내지 54d, 55a, 55b, 56a, 56b)의 각각보다 크다. 결과적으로, 입사 방사선 빔(24)의 일부가 그 셀에 입사되면, 우측 상부 센서(34d)로 향하는 결과적인 서브-빔은 다른 센서(34a 내지 34c)로 향하는 결과적인 서브-빔보다 큰 세기를 가질 것이다. 유사하게, 굴절 광학 요소(50)의 좌측 하부 코너를 향하여 위치된 셀에서, 코너 부분(54a 내지 54d)은 중심 부분(53) 및 측면 부분(55a, 55b, 56a, 56b)의 각각보다 더 큰 결합 영역을 갖고 있다. 결과적으로, 입사 방사선 빔(24)의 일부가 그 셀에 입사되면, 좌측 하부 센서(34b)로 향하는 결과적인 서브-빔은 다른 센서(34a, 34c, 34d)로 향하는 결과적인 서브-빔보다 큰 세기를 가질 것이다.
셀의 부분 또는 한 세트의 부분들의 면적은 굴절 광학 요소(50)의 중심 셀(52)에 대한 공간 위치의 함수로서 달라질 수 있다. 실시예에서, 대각선(x=y 또는 x=-y)을 따라 이동할 때, 일 부분 또는 한 세트의 부분들의 면적은 다른 모든 부분을 희생하면서 증가 또는 감소할 수 있다. 예를 들어, 중심 부분(53)은 커지는 반면에, 다른 세트들의 부분들 모두는 작아진다. x=0 또는 y=0을 따라 이동할 때, 부분들의 조합은 부분들의 다른 조합을 희생하면서 커진다. 예를 들어, y=0 방향을 따라 이동할 때 중심 부분(53)과 제1 쌍의 측면 부분(55a, 55b)은 커지는 반면에, 코너 부분(54a 내지 54d)과 제2 쌍의 측면 부분(56a, 56b)은 작아진다. 면적의 변화는 굴절 광학 요소 상의 위치의 함수로서 선형일 수 있거나 비선형일 수 있다.
위의 사항은 단지 예일뿐이다. 일반적으로, 굴절 광학 요소(50)의 셀은 굴절 광학 요소 상의 셀의 공간 위치에 의존하는 영역을 갖는 상이한 부분 또는 세트의 부분들을 구비할 수 있다. 부분들은 방사선 빔을 임의의 적절한 배열 형태로 제공된 센서들로 향하게 할 수 있다.
이러한 배열의 누적 효과는 상이한 부분 또는 세트의 부분(53, 54a 내지 54d, 55a, 55b, 56a, 56b)의 가중치가 굴절 광학 요소(50)에 걸쳐 변한다는 것이다. 예를 들어, 방사선 서브-빔(24d)을 우측 상부 센서(34d)로 향하게 하는 중심 부분(53)의 가중치는 굴절 광학 요소(50) 상의 공간 위치의 함수에 따라 변한다.
실시예에서, 상이한 부분 또는 세트의 부분(53, 54a 내지 54d, 55a, 55b 56a, 56b)들은 각각 굴절 광학 요소의 상이한 구역들을 향해 가중될 수 있다. 상이한 구역들은 각각 굴절 광학 요소(50)의 1/4을 포함할 수 있다. 중심 부분(53)은 굴절 광학 요소(50)의 우측 상부 1/4인 구역을 향하여 가중될 수 있다. 코너 부분(54a 내지 54d)은 굴절 광학 요소(50)의 좌측 하부 1/4 인 구역을 향해 가중될 수 있다. 제1쌍의 측면 부분(55a, 55b)은 굴절 광학 요소(50)의 우측 하부 1/4 인 구역을 향해 가중될 수 있다. 제2쌍의 측면 부분(56a, 56b)은 굴절 광학 요소(50)의 좌측 상부 1/4 인 구역을 향해 가중될 수 있다. 다른 구역을 향한 다른 가중이 사용될 수 있다
도 8a는 실시예에 따른 회절 광학 요소(60)를 도시하고 있으며, 도 8b는 실시예의 중심 부분을 더 상세히 도시하고 있다. 음영은 회절 광학 요소(60)의 두께를 나타내고 있다. 회절 광학 요소의 단일 중심 셀(62)은 점선에 의해 식별된다. 이 셀이 도 9a에 확대도로 도시되어 있다. 도 9b는 단일 셀(62) 상의 횡단면 위치의 함수로서 입사 레이저 빔에 의해 경험되는 광학 경로 차이를 나타내는 그래프이다. 그래프의 수직 축은 셀의 두께를 미크론 단위로 나타내며 수평 축은 셀 상의 공간 위치를 ㎜ 단위로 나타내고 있다.
회절 광학 요소(60)는 경사부로부터 형성된 출력면을 갖는 대신 단차형(stepped) 출력면을 갖고 있다는 점을 제외하고는 굴절 광학 요소와 대응한다. 이 실시예에서 단차의 깊이는 1/3 미크론에 대응한다. 이 실시예에서 입사 방사선 빔의 파장은 10 미크론이다. 단차의 깊이는 특정 방향으로 회절 광학 요소를 빠져나가는 방사선의 구조적인 간섭이 발생하도록 한다. 즉, 회절이 발생한다. 회절은 도 2에서 더 도시된 것과 대응하는 형태를 갖는 방사선 서브-빔을 제공한다.
도 7a에 도시된 셀과 마찬가지로, 도 9a의 셀(62)은 중심 부분(63), 4개의 코너 부분(64a 내지 64d), 제1 쌍의 측면 부분(55a, 55b) 및 제2 쌍의 측면 부분(66a, 66b)을 갖는 것으로 간주될 수 있다. 셀(62)이 굴절 광학 요소(60)의 중심 셀이기 때문에, 각 부분 또는 한 세트의 부분들은 동일 면적을 갖고 있다. 따라서, 중심 부분(63)은 4개의 코너 부분(64a 내지 64d), 제1 쌍의 측면 부분(65a, 65b) 및 제2 쌍의 측면 부분(66a, 66b)과 동일한 면적을 갖고 있다. 각 부분 또는 한 세트의 부분은 상이한 센서(34a 내지 34d)로 향하는 복사 서브-빔을 형성한다 (도 2b 참조).
중심 부분(63)을 먼저 고려하면, 이 부분은 x=y 방향으로 단차진 출력면을 갖고 있으며, 따라서 x와 y가 증가함에 따라 증가하는 광학 경로 차이를 갖고 있다. 도 9 및 도 2b를 조합하여 참조하면, 중심 부분(63)의 경사진 출력면은 방사선 서브-빔(24d)을 우측 상부 센서(34d)로 향하게 한다.
4개의 코너 부분(64a 내지 64d)을 고려하면, 이 코너 부분들 중 2개의 코너 부분(64b, 64d)에 의해 제공된 광학 경로 차이는 도 9b의 그래프의 x=y 라인 상에에 나타나 있다. 코너 부분(54b, 54d)의 출력면의 단차는 중심 부분의 단차와 반대이다 (x 및 y가 증가함에 따라 광학 경로 차이는 감소한다). 도 9 및 도 2b를 조합하여 참조하면, 2개의 경사진 코너 부분(64b, 64d)은 방사선 서브-빔(24b)을 좌측 하부 센서(34b)로 향하게 한다. 다른 2개의 코너 부분(64a, 64c)은 또한 동일한 단차형 출력면을 가지며 따라서 또한 방사선 서브-빔을 좌측 하부 센서(34b)로 향하게 한다.
제1 쌍의 측면 부분(65a, 65b)은 x= -y 방향으로 단차진 출력면을 갖고 있다. 이 단차는 도 9b의 y=0 라인에서 보여진다. 도 9 및 도 2b를 조합하여 참조하면, 제1 쌍의 측면 부분(65a, 65b)은 방사선 서브-빔(24c)을 우측 하부 센서(34c)로 향하게 한다.
제2 쌍의 측면 부분(66a, 66b)은 x=-y 방향으로 단차진 출력면을 갖고 있으나, 단차는 제1 쌍의 측면 부분(65a, b)과 반대의 부호를 갖는다. 이 기울기가 도 9b의 x=0 라인에서 보여진다. 도 9 및 도 2b를 조합하여 참조하면, 제2 쌍의 측면 부분(66a, 66b)은 방사선 서브-빔(24a)을 좌측 상부 센서(34a)로 향하게 한다.
셀의 일 부분 또는 한 세트의 부분들의 면적은 회절 광학 요소(60)의 중심 셀(62)에 대한 공간 위치의 함수로서 변할 수 있다. 이 변형은 예를 들어 굴절 광학 요소(50)와 관련하여 위에서 설명된 것일 수 있다.
위의 사항은 단지 예일뿐이다. 일반적으로, 회절 광학 요소의 셀은 회절 광학 요소 상의 셀의 공간 위치에 의존하는 영역을 갖는 상이한 부분 또는 세트의 부분을 구비할 수 있다. 부분은 방사선 서브-빔을 임의의 적절한 배열 형태로 제공된 센서들로 향하게 할 수 있다.
이러한 배열의 누적 효과는 상이한 부분 또는 세트의 부분(63, 64a 내지 64d, 65a, 65b, 66a, 66b)의 가중치가 회절 광학 요소(60)에 걸쳐 변한다는 것이다. 예를 들어, 방사선 서브-빔(24d)을 우측 상부 센서(34d)로 향하게 하는 중심 부분(63)의 가중치는 굴절 광학 요소(60) 상의 공간 위치의 함수에 따라 변한다.
실시예에서, 상이한 부분 또는 세트의 부분(63, 64a 내지 64d, 65a, 65b 66a, 66b)는 각각 굴절 광학 요소의 상이한 구역들을 향해 가중될 수 있다. 상이한 구역들은 각각 굴절 광학 요소(60)의 1/4를 포함할 수 있다. 중심 부분(63)은 굴절 광학 요소(60)의 우측 상부 1/4인 구역을 향해 가중될 수 있다. 코너 부분(64a 내지 64d)은 굴절 광학 요소(60)의 좌측 하부 1/4 인 구역을 향해 가중될 수 있다. 제1 쌍의 측면 부분(65a, 65b)은 굴절 광학 요소의 우측 하부 1/4인 구역을 향해 가중될 수 있다. 제2 쌍의 측면 부분(56a, 56b)은 굴절 광학 요소의 좌측 상부 1/4인 구역을 향해 가중될 수 있다. 다른 구역을 향한 다른 가중이 사용될 수 있다.
회절 광학 요소(60)는 굴절 광학 요소(50)보다 제조하기 쉽고 저렴할 수 있다. 이는 단차형 표면이 경사진 표면보다 형성하기 더 쉬울 수 있기 때문이다. 일반적으로, 회절 광학 요소인 빔 분리 요소는 굴절 광학 요소인 빔 분리 요소보다 제조하기가 더 쉬울 수 있다.
빔 분리 요소(50, 60)의 셀의 크기는 사용 중에 몇 개의 셀 (예를 들어, 적어도 5개의 셀)이 입사 레이저 빔의 반치전폭(full width half maximum) 내에 위치되도록 입사 레이저 빔(24)의 크기를 참조하여 선택될 수 있다. 이는 입사 레이저 빔(24)이 빔 분리 요소(50, 60)에 걸쳐 이동할 때 검출기(34a 내지 34d)로부터의 출력의 상당한 리플(ripple)을 방지한다. 일 예에서, 입사 레이저 빔(24)은 약 5㎜의 반치전폭을 가질 수 있다. 이러한 예에서, 셀들은 예를 들어 1㎜ 이하의 피치를 가질 수 있다. 일반적으로 셀들은 1㎜ 이하의 피치를 가질 수 있다. 셀들은 예를 들어 약 100 미크론의 피치를 가질 수 있다. 셀들의 최소 피치는 빔 분리 요소(50, 60)를 만들기 위해 사용되는 공정에 의해 제한될 수 있다. 일반적으로, 셀들의 피치는 입사 레이저 빔(24)의 위치를 결정하는 것이 요구되는 공간 분해능에 의존할 수 있다.
빔 분리 요소(30, 40, 50, 60)는 레이저 빔이 항상 빔 분리 요소(50, 60)에 입사되는 것을 보장하기에 충분히 클 수 있다. 빔 분리 요소(30, 40, 50, 60)는 예를 들어 가로로 적어도 1㎝일 수 있다. 빔 분리 요소(30, 40, 50, 60)는 예를 들어 가로로 최대 5㎝일 수 있으며, 또한 예를 들어 가로로 최대 10㎝일 수 있다. 빔 분리 요소(30, 40, 50, 60)는 예를 들어 가로로 약 25㎝일 수 있다. 빔 분리 요소 내의 셀의 개수는 원하는 공간 해상도와 빔 분리 요소의 크기의 조합으로부터 결정될 수 있다.
본 발명의 이점은 레이저 빔의 횡단면 내의 공간 세기 분포가 변할 때 오류를 겪지 않는 간단한 방식으로 입사 레이저 빔(24)의 위치가 모니터링되는 것을 허용한다는 것이다. 예를 들어, 레이저 빔의 최고 세기 영역의 횡단면 공간 위치의 변화 (예를 들어, 가우시안 프로파일에서 다른 프로파일로의 변화)가 발생할 수 있다. 이러한 변화가 발생할 때, 이는 결과적으로 검출기(34a 내지 34d)에서 출력된 신호에서 보여질 것이다. 다시 말해서, 검출기(34a 내지 34d)로부터 출력된 신호는 입사 레이저 빔(24)의 "무게 중심(center of gravity)"을 나타낸다. 따라서, 출력 신호는 방사선 소스(SO)의 레이저 빔(2)의 무게 중심이 플라즈마 형성 영역(4)으로 향하게 되는 것을 허용한다. 레이저 빔(2)의 "무게 중심"은 (레이저 빔 세기의 함수로서 결정되는) 레이저 빔의 중심일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 그 공간 위치 이외의 레이저 빔의 속성을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔의 반경 방향 빔 크기는 반경 방향으로 배열된 셀들을 갖는 빔 분리 요소를 사용하여 결정될 수 있다. 이러한 배열은 예를 들어 2개의 센서 및 빔 분리 요소 상에서의 이 셀들의 반경 방향 위치에 따라 가중된 서브-빔을 형성하는 셀을 사용할 수 있다. 빔 분리 요소의 중심에 있는 셀은 실질적으로 모든 입사 레이저 방사선을 갖는 서브-빔을 제1 검출기로 향하게 할 수 있다. 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동하면, 셀은 점점 더 적은 입사 레이저를 제1 센서로 향하게 하고 입사 레이저 빔을 더욱 더 많은 제2 센서로 향하게 할 수 있다. 이러한 실시 예에서, 제1 및 제2 검출기에서 입사하는 서브-빔의 상대 세기는 입사 레이저 빔의 반경 방향 크기에 의해 결정된다. 위에서 더 설명된 것과 같은 본 발명의 실시예는 원하는 경우 빔 분리 요소의 중심으로부터 멀리 입사 레이저 빔의 공간 이동의 영향을 보정하기 위해 사용될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 2개의 다른 실시예는 동일한 레이저 빔을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 일 실시예는 레이저 빔의 공간 위치를 측정할 수 있으며, 하나는 반경 방향 크기를 측정할 수 있다.
위에서 설명된 레이저 빔 모니터링 시스템이 리소그래피 장치를 위한 방사선 소스의 일부를 형성하지만, 레이저 빔 모니터링 시스템은 다른 응용을 갖고 있다. 일반적으로, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 모니터링 시스템은 레이저 빔의 속성을 모니터링하는 것이 바람직한 임의의 응용에서 사용될 수 있다.
레이저 빔 모니터링 시스템은 마스크 검사 장치의 일부를 형성할 수 있다. 마스크 검사 장치는 EUV 방사선을 사용하여 마스크를 조명할 수 있으며 이미징 센서를 사용하여 마스크에서 반사된 방사선을 모니터링할 수 있다. 이미징 센서에 의해 수신된 이미지는 마스크에 결함이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 사용된다. 마스크 검사 장치는 EUV 방사선 소스로부터 EUV 방사선을 받아들이고 이를 방사선 빔으로 형성하여 마스크에서 지향되도록 구성된 광학계 (예를 들어, 미러)를 포함할 수 있다. 마스크 검사 장치는 마스크에서 반사된 EUV 방사선을 수집하고 이미징 센서에서 마스크의 이미지를 형성하도록 구성된 광학계 (예를 들어, 미러)를 더 포함할 수 있다. 마스크 검사 장치는 이미징 센서에서 마스크의 이미지를 분석하고 이 분석으로부터 임의의 결함이 마스크 상에 존재하는지 여부를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 마스크가 리소그래피 장치에 의해 사용될 때 검출된 마스크 결함이 기판 상으로 투영된 이미지에서 받아들일 수 없는 결함을 야기하는지 여부를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.
레이저 빔 모니터링 시스템은 계측 장치의 일부를 형성할 수 있다. 계측 장치는 기판 상에 이미 존재하는 패턴에 대하여, 기판 상의 레지스트에 형성된 투영 패턴의 정렬을 측정하는데 사용될 수 있다. 이 상대적인 정렬 측정은 오버레이로 지칭될 수 있다. 계측 장치는 예를 들어 리소그래피 장치에 바로 인접하여 위치될 수 있으며 기판 (및 레지스트)이 처리되기 전에 오버레이를 측정하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 리소그래피 장치의 맥락에서 본 발명의 실시예에 대해 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼 (또는 다른 기판) 또는 마스크 (또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이들 장치는 일반적으로 리소그래피 툴(tool)로 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주위 (비진공) 조건을 사용할 수 있다.
용어 "EUV 방사선"은 4 내지 20㎚ 범위 내, 예를 들어 13 내지 14㎚ 범위 내의 파장을 갖는 전자기 방사선을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. EUV 방사선은 10㎚ 미만, 예를 들어 6.7㎚ 또는 6.8㎚와 같은 4 내지 10㎚ 범위 내의 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 위의 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 따라서, 이하에서 제시된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 위에서 설명된 바와 같이 본 발명에 대한 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (22)

  1. 입사 레이저 빔의 속성을 모니터링하도록 구성되고, 빔 분리 요소 및 복수의 센서를 포함하되,
    상기 빔 분리 요소는 상기 입사 레이저 빔으로부터 복수의 서브-빔을 형성하도록 구성되며, 제1 서브-빔은 상기 복수의 센서 중 제1 센서로 향하고 제2 서브-빔은 상기 복수의 센서 중 제2 센서로 향하며, 상기 제1 서브-빔 및 제2 서브-빔의 상대 세기는 상기 입사 레이저 빔이 상기 빔 분리 요소에 입사되는 공간 위치에 의해 결정되는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 서브-빔을 형성하는 상기 빔 분리 요소의 제1 부분은 상기 제2 서브-빔을 형성하는 상기 빔 분리 요소의 제2 부분과 섞여 있는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 상기 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제1 영역을 차지하며, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 상기 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제2 영역을 차지하는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 빔 분리 요소는 상기 복수의 센서 중 제3 센서로 향하는 제3 서브-빔 및 상기 복수의 센서 중 제4 센서로 향하는 제4 서브-빔을 또한 형성하도록 구성되며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 서브-빔의 상대 세기는 상기 입사 레이저 빔이 상기 빔 분리 요소에 입사되는 상기 공간 위치에 의하여 결정되는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 서브-빔을 형성하는 상기 빔 분리 요소의 제1 부분, 상기 제2 서브-빔을 형성하는 상기 빔 분리 요소의 제2 부분, 상기 제3 서브-빔을 형성하는 빔 분리 요소의 제3 부분, 및 상기 제4 서브-빔을 형성하는 빔 분리 요소의 제4 부분은 서로 섞여 있는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 부분은 상기 제2, 제3 또는 제4 부분 중 임의의 부분보다 상기 빔 분리 요소의 더 큰 비율의 제1 영역을 차지하는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  7. 제2항, 제3항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 부분들이 상기 빔 분리 요소에 걸쳐 가중된 공간 분포로 제공되는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 부분의 공간 분포는 상기 빔 분리 요소의 제1 구역을 향해 가중되어, 입사 레이저 빔이 상기 제1 구역에 입사될 때 입사 레이저 빔이 주로 상기 제1 서브-빔을 형성하는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2 부분의 공간 분포는 상기 빔 분리 요소의 제2 구역을 향해 가중되어, 입사 레이저 빔이 상기 제2 구역에 입사될 때 입사 레이저 빔이 주로 상기 제2 서브-빔을 형성하는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 구역은 각각 상기 빔 분리 요소의 1/4를 포함하는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 상기 빔 분리 요소는 상기 상이한 부분들로부터 형성된 셀들을 포함하는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 셀을 형성하는 상이한 부분들의 면적은 상기 빔 분리 요소에 걸쳐 공간 셀 위치의 함수로서 변하는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 분리 요소는 굴절 광학 요소인 레이저 빔 모니터링 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 분리 요소는 회절 광학 요소인 레이저 빔 모니터링 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 집속 광학계가 상기 빔 분리 요소와 상기 센서 사이에 제공되어 있는 레이저 빔 모니터링 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 분리 요소는 투과형인 레이저 빔 모니터링 시스템.
  17. 레이저 시스템, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 레이저 빔 모니터링 시스템, 연료 방출기 및 방사선 컬렉터를 포함하는 방사선 소스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 복수의 센서로부터 수신된 출력을 이용하여 상기 레이저 빔을 조정하도록 배치된 컨트롤러를 더 포함하는 방사선 소스.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 방사선 소스는 연료 타겟으로부터 반사된 후 레이저 빔의 속성을 모니터링하도록 구성된 제2 레이저 빔 모니터링 시스템을 더 포함하는 방사선 소스.
  20. 패터닝 디바이스로부터 기판 상으로 패턴을 투영하도록 배치된 리소그래피 장치를 포함하며 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방사선 소스를 포함하는 리소그래피 시스템.
  21. 레이저 빔을 모니터링하는 방법에 있어서,
    입사 레이저 빔을 빔 분리 요소 상으로 지향시키는 것;
    상기 입사 레이저 빔으로부터 복수의 서브-빔을 형성하는 것;
    복수의 센서 중 제1 센서를 이용하여 제1 서브-빔을 검출하는 것; 및
    복수의 센서 중 제2 센서를 이용하여 제2 서브-빔을 검출하는 것을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 서브-빔의 상대 세기는 상기 입사 레이저 빔이 상기 빔 분리 요소에 입사되는 공간 위치에 의하여 결정되는 방법.
  22. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 레이저 빔 모니터링 시스템에서 사용되도록 구성된 빔 분리 요소.
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