KR20220113524A - 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치 - Google Patents

Abstract

피험체(14)의 표면(12)의 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치(10)는 측정 방사선(18)으로부터 피험체의 표면을 조사하기 위한 시험파(28)를 생성하도록 구성된 시험 광학 유닛(26; 226-1, 226-2), 마찬가지로 측정 방사선(18)으로부터 생성되고 피험체의 표면과의 그 상호작용 후의 시험파와의 중첩에 의해 간섭도를 생성하는 역할을 하는 기준파(30, 30r)와의 상호작용을 위한 광학적 유효면(33; 233)을 갖는 기준 요소(32; 232), 및 기준 요소를 유지하기 위한 유지 디바이스(48, 148)를 포함하고, 상기 유지 디바이스는 기준 요소의 광학적 유효면의 주연점이 광학적 유효면의 직경의 적어도 0.1%만큼 변위되는 이러한 방식으로 적어도 2개의 강체 자유도로 기준파에 대해 기준 요소를 이동시키도록 구성되고, 적어도 2개의 강체 자유도는 기준 요소로부터 방사된 기준파의 전파 방향에 대해 횡방향으로 지향되는 병진 자유도, 및 그 회전축이 기준 요소로부터 방사된 기준파의 전파 방향에 실질적으로 평행하게 배향되는 회전 자유도를 포함한다.

Description

간섭 형상 측정을 위한 측정 장치

본 출원은 2020년 1월 21일 출원된 독일 특허 출원 10 2020 200 628.8호의 우선권을 주장한다. 이 독일 특허 출원의 전체 개시내용은 본 출원에 참조로서 합체되어 있다.

본 발명은 피험체(test object)의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치, 이러한 측정 장치를 캘리브레이팅(calibrating)하기 위한 방법 및 전술된 표면의 간섭 형상 측정을 위한 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 마이크로리소그래피 광학 요소가 피험체로서 측정된다. 더욱 더 작은 구조에 대한 요구의 결과로서, 마이크로리소그래피에 사용되는 광학 요소의 광학 특성에 더욱 더 높은 요구가 부여되었다. 따라서, 이들 광학 요소의 광학면 형상은 가능한 최고 가능한 정확도로 결정되어야 한다.

회절 광학 요소가 입력파로부터 시험파와 기준파를 생성하는 간섭 측정 장치 및 방법은 서브나노미터 범위까지 광학면의 고도로 정확한 간섭 측정을 위해 알려져 있다. 회절 광학 요소는 파면(wavefront)이 타겟 형상의 모든 위치에서 실질적으로 수직으로 입사하고 타겟 형상으로부터 그 자체 상에 다시 반사되는 이러한 방식으로 시험파의 파면이 피험체의 타겟 표면에 적응될 수 있게 한다. 타겟 형상으로부터의 편차는 이어서 기준파 상에 반사된 시험파를 중첩함으로써 형성된 간섭도(interferogram)의 도움으로 결정될 수 있다.

US 2015/0198438A1은 기준파를 생성하기 위한 기준 요소로서 피조(Fizeau) 요소를 갖는 이러한 간섭 측정 장치를 설명하고 있다. US2018/0106591A1은 서두 부분에서 언급된 측정 장치의 대안 실시예를 설명하고 있는데, 여기서 복잡한 인코딩된 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)이 회절 광학 요소로서 사용이 발견되었다. CGH는 적어도 부분적으로 광학면의 타겟 형상에 적응되는 파면을 갖는, 측정될 표면에 지향된 시험파 및 그 자신의 기준 아암에서 진행하는 평면 기준파를 입력파로부터 생성한다. 기준파는 반사 광학 기준 요소에 의해 CGH로 다시 반사된다.

더욱이, CGH는 평면 파면을 갖는 캘리브레이션파와 구면 파면을 갖는 캘리브레이션파를 입력파로부터 생성한다. 캘리브레이션파는 평면 및 구면 캘리브레이션 미러에 의해 그 자체 상에 다시 반사된다. CGH는 캘리브레이션파의 도움으로 캘리브레이팅된다. 이 방식으로, 예를 들어, CGH 변형 또는 CGH 왜곡과 같은 위치의 국소 변화가 보정될 수 있고 따라서 측정 오차가 감소된다.

고도로 정확한 측정을 보장하기 위해, 기준 요소의 형상 에러가 간섭계에 의해 또한 측정되어 피험체의 형상에 대한 측정 결과로부터 이들 에러를 계산적으로 제거한다. 통상적으로, 이는 부가의 캘리브레이션 광학 유닛 및/또는 부가의 캘리브레이션 플레이트를 필요로 한다. 피조 요소를 기준 요소로 하는 전술된 측정 장치의 경우, 부가의 캘리브레이션 플레이트가 시험파의 빔 경로 내에 피험체 대신에 배열될 수 있고 캘리브레이션 플레이트는 기준 요소를 캘리브레이팅하기 위한 메커니즘에 의해 시프트되거나 경사질 수 있다.

그러나, 이를 위해, 피험체가 먼저 제거되어야 하는데, 이는 측정 방법을 위해 요구되는 시간을 상당히 증가시킨다. 부가의 캘리브레이션 광학 유닛 또는 부가의 캘리브레이션 플레이트가 시험 또는 기준파의 빔 경로 내의 상이한 위치에 배열되는 경우에도, 그 자신의 기준 아암을 갖는 전술된 실시예에 대해 고려 가능한 바와 같이, 피험체의 제거 또는 적어도 피험체의 섀도잉(shadowing)이 필요하다.

기준 요소의 캘리브레이션 및 피험체의 측정은 측정 장치의 구성의 필요한 변경으로 인해 상당히 상이한 시점에서 발생하기 때문에, 캘리브레이션 결과는, 예를 들어 열 드리프트로 인해, 피험체가 측정될 때 기준 요소의 표면 형상을 더 이상 정확하게 반영하지 못할 수도 있고, 이는 이어서 감소된 측정 정확도를 야기한다.

본 발명의 목적은 전술된 문제가 해결되고, 특히 높은 측정 정확도 및 감소된 시간 요구를 갖는 간섭 형상 측정이 보장되는 측정 장치 및 캘리브레이션 방법을 제공하는 것이다.

전술된 목적은 본 발명에 따라, 예를 들어, 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치로서, 측정 방사선으로부터 피험체의 표면에 조사하기 위한 시험파를 생성하도록 구성된 시험 광학 유닛, 마찬가지로 측정 방사선으로부터 생성되고 피험체의 표면과 상호작용한 후의 시험파와의 중첩에 의해 간섭도를 생성하는 역할을 하는 기준파와의 상호작용을 위한 광학적 유효면을 갖는 기준 요소, 및 기준 요소의 광학적 유효면의 주연점이 광학적 유효면의 직경의 적어도 0.1%, 특히 적어도 0.5% 또는 적어도 1%만큼 시프트되는 방식으로 적어도 2개의 강체 자유도로 기준파에 관련하여 기준 요소를 이동시키도록 구성되는 기준 요소를 유지하기 위한 유지 디바이스를 갖는, 측정 장치에 의해 달성될 수 있다. 적어도 2개의 강체 자유도는 기준 요소에 의해 방출된 기준파의 전파 방향에 대해 횡방향으로 지향되는 병진 자유도, 및 그 회전축이 기준 요소에 의해 방출되는 기준파의 전파 방향에 실질적으로 평행하게 정렬되는 회전 자유도를 포함한다.

유지 디바이스는 방사된 기준파와 관련하여, 특히 또한 시험 광학 유닛과 관련하여 기준 요소를 이동시키도록 구성된다. 강체 자유도는 병진 자유도 또는 회전 자유도를 의미하는 것으로 이해된다.

적어도 2개의 강체 자유도로 기준 요소를 이동시키도록 구성된 유지 디바이스는 그 자신의 캘리브레이션 광학 유닛 또는 캘리브레이션 플레이트를 설치하고 그리고/또는 시험파의 빔 경로 내의 그 측정 위치로부터 피험체를 제거하거나 피험체를 섀도잉함으로써 측정 장치의 구성을 변경할 필요 없이 기준 요소가 캘리브레이팅될 수 있게 한다. 달리 말하면, 본 발명에 따른 유지 디바이스는, 기준 요소를 상이한 캘리브레이션 위치로 이동시키고 피험체와 상호작용한 후 시험파와 기준 요소와 상호작용한 후 기준파를 중첩하여 생성된 대응 간섭도를 기록함으로써 기준 요소의 "인시츄(in-situ) 캘리브레이션", 즉, 측정 장치의 구성을 변경할 필요 없이 기준 요소의 캘리브레이션을 허용한다. 기준 요소의 상이한 캘리브레이션 위치에서 생성된 간섭도의 평가는 이어서 피험체의 표면 형상의 측정 결과로부터 기준 요소의 표면 에러를 계산적으로 제거하는 것을 가능하게 한다. "인시츄" 또는 피험체의 설치 위치에서 기준 요소의 캘리브레이션은 기준 요소의 캘리브레이션을 포함하여 피험체의 간섭 측정 방법을 위해 요구되는 시간을 감소시키고, 부가적으로 따라서 가능해진 기준 요소의 캘리브레이션과 피험체의 형상 측정 사이의 신속한 연속으로 인해 형상 측정에서 개선된 측정 정확도를 증가시킨다.

기준 요소에 의해 방출된 기준파의 전파 방향에 대한 회전 자유도의 회전축의 실질적으로 평행한 정렬은 최대 +/-10°만큼 정확히 평행한 정렬로부터 벗어나는 정렬을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

일 실시예에 따르면, 측정 장치는 기록된 간섭도를 평가함으로써 의도된 효과로부터 기준파의 파면에 대한 기준 요소의 광학 효과의 편차에 기초하여 기준 요소의 캘리브레이션 편차를 확인하기 위한 평가 디바이스를 포함한다.

피험체는 본 발명에 따른 유지 디바이스로 인해 기준 요소를 캘리브레이팅하기 위해 제거될 필요가 없기 때문에, 캘리브레이션과 피험체의 측정 사이의 시간 간격이 감소될 수 있는데, 이는 캘리브레이션 결과가 피험체의 형상이 측정될 때 더 최신이고 따라서 측정 정확도가 개선된다는 것을 의미한다. 게다가, 간섭 측정을 위해 요구된 시간이 감소된다.

기준 요소가 그에 대해 이동 가능한 강체 자유도는 설명된 병진 자유도 및 또한 설명된 회전 자유도를 포함하기 때문에, 기준 요소의 절대적인 캘리브레이션은 회전-시프트 캘리브레이션에 의해 가능해진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유지 디바이스는 각각의 경우에 기준 요소의 광학적 유효면의 주연점이 광학적 유효면의 직경의 적어도 0.1%, 특히 적어도 0.5% 또는 적어도 1%만큼 시프트되는 방식으로 적어도 2개의 강체 자유도로 기준 요소를 이동시키도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 기준 요소가 그에 대해 이동 가능한 강체 자유도는 2개의 병진 자유도를 포함한다. 이는 시프트-시프트 캘리브레이션에 의해 기준 요소의 절대 캘리브레이션을 가능하게 한다. 본 실시예에 따르면, 유지 디바이스는, 기준 요소의 광학적 유효면의 주연점이 광학적 유효면의 직경의 적어도 0.1%만큼 시프트되는 방식으로, 적어도 3개의 자유도로, 특히 적어도 4개의 자유도로 또는 적어도 5개의 자유도로 기준파에 대해 기준 요소를 이동시키도록 구성된다.

특히, 양 병진 자유도는 기준 요소에 의해 방출되는 기준파의 전파 방향에 대해 횡방향으로 정렬된다.

다른 실시예에 따르면, 적어도 2개의 강체 자유도는 적어도 하나의 회전 자유도를 포함하고, 그 회전축은 기준 요소에 의해 방출된 기준파의 전파 방향에 횡방향으로, 특히 수직으로 정렬된다. 본 실시예에 따르면, 유지 디바이스는, 기준 요소의 광학적 유효면의 주연점이 광학적 유효면의 직경의 적어도 0.1%만큼 시프트되는 방식으로, 적어도 3개의 자유도로, 특히 적어도 4개의 자유도로 또는 적어도 5개의 자유도로 기준파에 대해 기준 요소를 이동시키도록 구성된다. 특히, 서로에 대해 횡방향, 특히 수직인 2개의 회전 자유도가 제공된다. 일 실시예에서, 기준 요소는 바람직하게는 구면 형상을 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 적어도 2개의 강체 자유도는 적어도 2개의 회전 자유도를 포함한다. 이는 예를 들어, 기준 요소에 의해 방출된 기준파의 전파 방향에 실질적으로 평행하게 정렬된 회전축을 갖는 하나의 회전 자유도와 상기 전파 방향에 횡방향으로 정렬된 회전축을 갖는 하나의 회전 자유도의 조합, 또는 언급된 전파 방향에 대해 횡방향으로 정렬된 회전축을 각각 갖는 2개의 회전 자유도일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 유지 디바이스는, 기준 요소의 광학적 유효면의 주연점이 광학적 유효면의 직경의 적어도 0.1%만큼 시프트되는 방식으로, 적어도 3개의 자유도로, 특히 적어도 4개의 자유도로 또는 적어도 5개의 자유도로 기준파에 대해 기준 요소를 이동시키도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 유지 디바이스는 적어도 2개의 강체 자유도로 기준 요소를 이동시키기 위한 복수의 액추에이터를 포함한다. 선형 드라이브가 예를 들어, 병진 자유도를 따라 이동하기 위해 사용될 수 있다. 액추에이터의 대안으로서, 하나 이상의 수동 조정 모듈이 사용될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 측정 장치는 피조 요소를 갖는 피조 간섭계를 포함하고, 기준 요소는 피조 요소이다.

대안 실시예에 따르면, 시험 광학 유닛은 입사 측정 방사선을 시험파와 기준파로 분할하기 위한 회절 광학 요소를 포함하고, 기준 요소는 기준파의 빔 경로에 배열된다. 실시예 변형예에 따르면, 기준 요소는 미러로서 구성된다. 달리 말하면, 기준 요소는 기준 아암을 갖는 간섭계의 기준 미러로서 구성된다. 기준파는 기준 아암에서 진행한다. 기준 아암은 시험파가 진행하는 시험 아암과는 상이한 방향을 갖는다. 대안적으로, 기준 요소는 또한 예를 들어, 렌즈 요소 및 연관 미러로 구성된 반사 모듈의 부분인 렌즈 요소로서 구성될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 측정 장치는 마이크로리소그래피 광학 요소의 표면의 간섭 형상 측정을 위해 구성된다. 특히, 광학 요소는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 렌즈 요소 또는 미러와 같은 광학 요소, 특히 이러한 투영 노광 장치의 투영 렌즈이다. 일 실시예에 따르면, 광학 요소는 EUV 마이크로리소그래피를 위해 구성된다.

전술된 목적은 더욱이 예를 들어, 기준 요소와 상호작용한 후의 기준파와 피험체의 표면과 상호작용한 후의 시험파의 중첩에 의해 간섭도를 생성하도록 구성된, 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 역할을 하는 측정 장치를 캘리브레이팅하기 위한 방법에 의해 달성될 수 있다. 방법은 적어도 2개의 강체 자유도에서의 운동에 의해 상이한, 기준파에 관련하여 상이한 캘리브레이션 위치에 기준 요소를 배열하는 단계, 상이한 캘리브레이션 위치에서 생성된 간섭도를 기록하는 단계, 및 기록된 간섭도를 평가함으로써 의도된 효과로부터 기준파의 파면에 대한 기준 요소의 광학 효과의 편차에 기초하여 캘리브레이션 편차를 확인하는 단계를 포함한다. 적어도 2개의 강체 자유도는 기준 요소에 의해 방출된 기준파의 전파 방향에 대해 횡방향으로 지향되는 병진 자유도, 및 그 회전축이 기준 요소에 의해 방출되는 기준파의 전파 방향에 실질적으로 평행하게 정렬되는 회전 자유도를 포함한다.

캘리브레이션 방법의 다른 실시예에 따르면, 피험체는 마이크로리소그래피 광학 요소로서 구성된다. 특히, 광학 요소는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 렌즈 요소 또는 미러와 같은 광학 요소, 특히 이러한 투영 노광 장치의 투영 렌즈이다. 일 실시예에 따르면, 광학 요소는 EUV 마이크로리소그래피를 위해 구성된다.

본 발명에 따른 측정 장치의 전술된 실시예, 예시적인 실시예 및 실시예 변형예 등에 관하여 명시된 특징은 본 발명에 따른 캘리브레이션 방법에 대응적으로 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 실시예의 이들 및 다른 특징은 도면의 상세한 설명 및 청구범위에 설명될 것이다. 개별 특징은 본 발명의 실시예로서 개별적으로 또는 조합하여 구현될 수 있다. 더욱이, 이들 특징은 독립적으로 보호가능한 유리한 실시예 및 출원의 계류 중에 또는 후에만 적절하면 청구되는 보호를 설명할 수 있다.

더욱이, 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 방법이 본 발명에 따라 제공된다. 이 방법은 전술된 실시예 또는 실시예 변형예 중 하나에 따른 방법에 의해 측정 장치의 캘리브레이션 편차를 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 측정 위치에서 기준 요소와 상호작용한 후의 기준파와 피험체의 표면과 상호작용한 후의 시험파를 중첩함으로써 측정 장치에 의해 측정 간섭도를 기록하는 단계, 및 캘리브레이션 편차를 고려하여, 측정 간섭도를 평가함으로써 피험체의 표면 형상을 결정하는 단계를 포함한다.

여기서, 기준 요소의 측정 위치는 캘리브레이션 위치 중 하나와 일치할 수 있어, 캘리브레이션 간섭도 중 하나가 또한 측정 간섭도로서 사용할 수 있게 된다.

본 발명의 상기 및 다른 유리한 특징은 첨부 개략도를 참조하여 본 발명에 따른 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명에서 예시될 것이다. 도면에서:
도 1은 미러의 형태의 기준 요소를 유지하기 위한 제1 실시예에서 본 발명에 따른 유지 디바이스를 갖는 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치의 제1 실시예를 도시하고 있다.
도 2는 피조 요소의 형태의 기준 요소를 유지하기 위한 제1 실시예에서 본 발명에 따른 유지 디바이스를 갖는 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치의 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 따른 유지 디바이스의 실시예를 단면도로 도시하고 있다.
도 4는 다른 실시예의 유지 디바이스를 도시하고 있다.
도 5는 다른 실시예에서 본 발명에 따른 유지 디바이스를 갖는 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치의 다른 실시예를 도시하고 있다.

이하에 설명되는 예시적인 실시예 또는 실시예들 또는 실시예 변형예에서, 서로 기능적으로 또는 구조적으로 유사한 요소는 가능한 한 동일한 또는 유사한 도면 부호를 구비한다. 따라서, 특정 예시적인 실시예의 개별 요소의 특징의 이해를 위해, 다른 예시적인 실시예의 설명 또는 본 발명의 일반적인 설명을 참조해야 한다.

설명을 용이하게 하기 위해, 직교 xyz-좌표계가 도면에 지시되어 있고, 이 좌표계로부터 도면에 도시되어 있는 구성요소의 각각의 위치 관계가 명백하다. 도 1에서, x-방향은 도면의 지면에 수직으로 지면 내로 연장하고, y-방향은 우측 상부로 대각선으로 연장하고, z-방향은 좌측 상부로 대각선으로 연장한다.

도 1은 피험체(14)의 광학면(12)의 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치(10)의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 측정 장치(10)는 특히 타겟 형상으로부터 표면(12)의 실제 형상의 편차를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 제공된 피험체(14)는 예를 들어 100 nm 미만의 파장, 특히 대략 13.5 nm 또는 대략 6.8 nm의 파장에서 EUV 방사선을 반사하기 위한 비구면 표면을 갖는 EUV 마이크로리소그래피용 투영 렌즈의 미러일 수 있다. 미러의 비구면 표면은 예를 들어, 각각의 회전 대칭 비구면으로부터 5 ㎛ 초과의 편차 및 각각의 구면으로부터 적어도 1 mm의 편차를 갖는 자유 형태 표면을 가질 수 있다.

측정 장치(10)는 입력파로서 충분히 가간섭성 측정 방사선(18)을 제공하기 위한 방사선 소스(16)를 포함한다. 이 예시적인 실시예에서, 방사선 소스(16)는 입력파가 시작되는 출구 표면을 갖는 도파로(20)를 포함한다. 도파로(20)는 예를 들어, 레이저의 형태의 예시된 방사선 발생 모듈(22)에 연결된다. 예로서, 이를 위해 약 633 nm의 파장을 갖는 헬륨-네온 레이저가 제공될 수 있다. 그러나, 측정 방사선(18)은 또한 전자기 방사선의 가시 또는 비가시 파장 범위의 상이한 파장을 가질 수 있다. 도파로(20)를 갖는 방사선 소스(16)는 단지 측정 장치를 위해 사용될 수 있는 방사선 소스(16)의 예를 나타낸다. 대안 실시예에서, 도파로(20) 대신에, 렌즈 요소, 미러 요소 등을 갖는 광학 장치가 측정 방사선(18)으로부터 적합한 입력파를 제공하기 위해 제공될 수 있다.

측정 방사선(18)은 초기에 빔 스플리터(24)를 통과하고 후속적으로 회절 광학 요소(26) 상에 입사된다. 회절 광학 요소(26)는 피험체(14)의 표면(12)을 조사하기 위한 시험파(28)를 생성하는 역할을 하는 시험 광학 유닛을 형성한다. 시험파(28)에 추가하여, 시험 광학 유닛의 회절 광학 요소(26)는 입사 측정 방사선(18)으로부터 그 자신의 기준 아암에서 진행하는 기준파(30)를 생성한다.

더욱이, 측정 장치(10)는 기준파(30)를 복귀 기준파(30r)로 반사시키기 위한 반사면(33)의 형태의 광학적 유효면을 갖는 반사 광학 요소로서 설계된 기준 요소(32)를 포함한다. 대안 실시예에 따르면, 기준 요소는 또한 미러와 협력하여 복귀 기준파(36r)를 생성하는 렌즈 요소로서 구성될 수 있다. 렌즈 요소의 경우, 광학적 유효면은 기준파(30)와 상호작용하는 렌즈 요소 표면을 의미하는 것으로 이해된다.

회절 광학 요소(26)는 복합 인코딩된 CGH의 형태로 설계되고, 도 1에 도시되어 있는 실시예에 따르면, 평면에서 상호 중첩되어 배열되는 2개의 회절 구조 패턴을 형성하는 회절 구조(34)를 포함한다. 따라서, 회절 광학 요소(30)는 또한 2중 복합 인코딩된 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)이라고도 칭한다. 대안적으로, 회절 구조는 또한 캘리브레이션파를 부가로 생성하기 위해, 평면에서 상호 중첩되도록 배열된 2개 초과의 회절 구조 패턴, 예를 들어 상호 중첩되도록 배열된 5개의 회절 구조 패턴을 가질 수 있다. 시험파(28)를 생성하기 위한 시험 광학 유닛은 또한 차례로 배열된 2개의 회절 광학 요소와 같은 하나 초과의 회절 광학 요소로 구성될 수 있다.

도 1에 따른 회절 광학 요소(26)의 2개의 회절 구조 패턴은 예를 들어, 하부 격자의 형태의 제1 구조 패턴 및 상부 격자의 형태의 제2 회절 구조 패턴에 의해 형성될 수 있다. 회절 구조 패턴 중 하나는, 피험체(14)에 지향되고 광학면(12)의 타겟 형상에 적어도 부분적으로 적응되는 파면을 갖는 시험파(28)를 생성하도록 구성된다. 시험파(28)는 피험체(14)의 광학면(12)에서 반사되고 복귀 시험파(28r)로서 회절 광학 요소(26)로 복귀된다. 광학면(12)의 타겟 형상에 적응된 파면으로 인해, 시험파(34)는 광학면(12) 상의 모든 위치에서 실질적으로 수직으로 입사되고 그 자체 상에 다시 반사된다.

다른 회절 구조 패턴은, 기준 요소(32)에 지향되고 평면 파면을 갖는 기준파(30)를 생성한다. 대안적인 예시적인 실시예에서, 회절 구조 또는 다른 광학 격자를 갖는 단순 인코딩된 CGH가 복합 인코딩된 CGH 대신에 사용될 수 있다. 시험파(28)는 예를 들어 1차 회절로 생성될 수 있고, 기준파(30)는 회절 구조에서 0 또는 임의의 다른 차수의 회절로 생성될 수 있다.

본 실시예에서 기준 요소(32)는 평면 파면으로 기준파(30)의 역반사를 위한 평면 미러의 형태로 설계된다. 도 5를 참조하여 이하에 설명되는 다른 실시예에서, 기준파(30)는 구면 파면을 가질 수 있고, 기준 요소(32)는 구면 미러로서 설계될 수 있다.

표면(12)으로부터 복귀되는 시험파(28r)는 회절 광학 요소(26)를 다시 통과하고 프로세스에서 다시 회절된다. 이 경우, 복귀 시험파(28r)는 대략 구면파로 다시 변환되고, 그 파면은 타겟 형상으로부터 피험체의 표면(12)의 편차로 인해 구면 파면으로부터 대응 편차를 갖는다.

기준 요소(32)의 반사면에 의해 반사된 복귀 기준파(30r)는 또한 회절 광학 요소(26)를 다시 통과하고 프로세스에서 다시 회절된다. 이 경우, 복귀 기준파(30r)는 대략 구면파로 다시 변환된다. 평면 파면을 갖는 입력파를 생성하기 위해 회절 광학 요소(26) 상에 방사된 측정 방사선(18)의 빔 경로 내에 시준기를 갖는 대안 실시예에서, 복귀 기준파(30r)의 파면은 회절 광학 요소(30)를 통해 적응될 필요가 없다.

따라서, 회절 광학 요소(26)는 또한 복귀 기준파(30r)와 복귀 시험파(28r)를 중첩하기 위한 역할을 한다. 측정 장치(10)는 더욱이 측정 방사선(18)의 빔 경로 외부로 복귀 시험파(28r)와 복귀 기준파(30r)의 조합을 안내하기 위한 전술된 빔 스플리터(24)를 갖는 캡처 디바이스(36) 및 기준파(30r)와 시험파(28r)를 중첩함으로써 생성된 간섭도를 캡처하기 위한 관찰 유닛(38)을 포함한다.

복귀 시험파(28r) 및 복귀 기준파(30r)는 수렴 빔으로서 빔 스플리터(24) 상에 입사되고 이에 의해 관찰 유닛(38)의 방향으로 반사된다. 양 수렴 빔은 관찰 유닛(38)의 조리개(40)와 접안 렌즈(42)를 통과하고 최종적으로 관찰 유닛(38)의 2차원 분해 검출기(44) 상에 입사된다. 검출기(44)는 예를 들어 CCD 센서로서 설계될 수 있고 간섭파에 의해 생성된 간섭도를 캡처한다.

더욱이, 측정 장치(10)는 캡처된 간섭도 또는 간섭도들로부터 피험체(14)의 광학면(12)의 실제 형상을 결정하기 위한 평가 디바이스(46)를 포함한다. 이를 위해, 평가 디바이스는 적합한 데이터 처리 유닛을 갖고 통상의 기술자에게 알려진 대응 계산 방법을 사용한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 측정 장치(10)는 외부 평가 유닛을 통해 네트워크를 통해 저장되거나 전송되는 간섭도를 사용하여 표면 형상의 결정을 가능하게 하는 데이터 메모리 또는 네트워크와의 인터페이스를 가질 수 있다. 표면 형상을 결정할 때, 평가 유닛은 기준 요소(32)의 캘리브레이션 편차의 형태의 기준 요소(32)의, 이하에 상세히 설명되는 캘리브레이션 결과를 고려한다.

기준 요소(32)의 언급된 캘리브레이션은 반사면(33)의 형상 에러(figure errors), 즉, 본 경우에 완벽한 평면 표면으로부터의 반사면(33)의 편차를 측정하는 역할을 한다. 본 발명에 따른 실시예에 따르면, 이러한 측정은 도 1에 도시되어 있는 그 시험 위치로부터 피험체(14)를 제거하지 않고 수행된다. 달리 말하면, 캘리브레이션 측정은 사용된 측정에 관하여 "인시츄 캘리브레이션"이고, 여기서 복귀 기준파와 피험체(14)로부터 복귀하는 시험파(28r)를 중첩함으로써 형성된 복수의 간섭도가 기록되어 평가된다.

상이한 간섭도에 대해, 기준 요소(32)는, 유지 디바이스(48)에 의한 기준 요소(32)의 운동으로 인해, 적어도 하나의 강체 자유도, 특히 2개 또는 3개의 강체 자유도에 있어서 상이한, 상이한 캘리브레이션 위치에 배열된다. 기준 요소(32)의 상이한 캘리브레이션 위치에서 측정된 간섭도를 비교함으로써, 그 타겟 형상으로부터, 특히 완벽한 평면 표면 형상으로부터 반사면(33)의 편차가 결정될 수 있다.

도 1에 도시되어 있는 실시예에서, 측정 장치(10)는 기준 요소(32)를 유지하기 위한 유지 디바이스(48)를 갖는데, 이는 병진 자유도 및 회전 자유도에 있어서 상이한 캘리브레이션 위치에서 배열을 위해 기준 요소(32)를 이동시키도록 구성된다. 이는 소위 "회전-시프트 캘리브레이션"을 가능하게 한다.

도 1에서 양방향 화살표(50)로 지시된 병진 자유도는 y-방향으로, 따라서 z-방향에서 기준 요소(32)에 의해 방출된 기준파(30r)의 전파 방향에 횡방향으로 시프트될 수 있는 능력이다. 도 1에서 곡선형 양방향 화살표(52)로 지시된 회전 자유도는 z-방향으로, 따라서 기준파(30r)의 전파 방향에 평행하게 배열되는 회전축(54)을 갖는다.

도 3은 도 1의 라인 III-III을 따른 유지 디바이스(48) 및 기준 요소(32)를 통한 단면도를 도시하고 있다. 그로부터 알 수 있는 바와 같이, 피험체(14)는 유지 디바이스(48)의 내부 유지 링(56)에 부착된다. 내부 유지 링(56)은 외부 유지 링(58) 내에 회전 가능하게 지지된다. 회전 운동은 회전 액추에이터(도면에 도시되어 있지 않음)에 의해 또는 수동으로 실행될 수 있다. 외부 유지 링(58)은 이어서 기준 요소(32)를 y-방향으로 시프트하기 위한 선형 드라이브의 형태의 y-액추에이터(60)에 2개의 대향 측면으로부터 연결된다. 대안적으로, 외부 유지 링(58)은 또한 수동 조정 디바이스에 의해 y-방향으로 시프트될 수 있다.

회전축(54)에 대해 전술된 회전 자유도는 내부 유지 링(56)의 회전 지지부에 의해 구현된다. 기준 요소(32)의 회전 위치의 조정성은 적어도 2 mrad, 특히 적어도 10 mrad 또는 적어도 20 mrad이다. 회전 위치가 2 mrad만큼 변경되면, 기준 요소(32)의 반사면(33)의 주연점(P)은 반사면(33)의 직경(d)의 적어도 0.1%만큼 시프트된다(Δ₁만큼 시프트 참조 - 시프트된 점(P)은 P'₁로 나타냄).

y-액추에이터(60)에 의한 기준 요소(32)의 y-위치의 조정성은 반사면(33)의 직경(d)의 적어도 0.1%, 특히 적어도 0.5% 또는 적어도 1%이다(Δ₂만큼 점(P)의 시프트 참조 - 시프트된 점(P)은 P'₂로 나타냄). 반사면(33)의 예시적인 직경(d)으로, 주연점(P)은 직경의 0.1%만큼 병진 동안 0.1 mm만큼 시프트된다.

도 4는 도 1에 따른 측정 장치(10)에서 유지 디바이스(48) 대신에 사용될 수 있는 유지 디바이스의 다른 실시예(148)를 단면도로 도시하고 있다. 유지 디바이스(148)는 기준 요소(22)에 의해 방출된 기준파(30r)의 전파 방향에 횡방향으로, 즉 도면의 좌표계의 x- 및 y-방향으로 정렬된 2개의 병진 자유도로 기준 요소(32)를 시프트하도록 구성된다. 이는 소위 "시프트-시프트 캘리브레이션"을 가능하게 한다.

이 목적으로, 유지 디바이스(148)는 2개의 y-액추에이터(60)를 포함하는데, 이들에 의해 기준 요소(32)는 양방향 화살표(50)로 지시된 바와 같이, y-방향으로 시프트될 수 있다. 더욱이, 유지 디바이스는 2개의 x-액추에이터(62)를 포함하는데, 이들은 양방향 화살표(64)로 지시된 바와 같이, x-방향으로 y-액추에이터(60) 및 기준 요소(32)의 전체 배열을 시프트하도록 구성된다.

유지 디바이스(148)의 y-액추에이터(60)에 의한 기준 요소(32)의 x-위치 및 y-위치의 모두의 조정성은 각각의 경우에 반사면(33)의 직경(d)의 적어도 0.1%, 특히 적어도 0.5% 또는 적어도 1%이다(Δ₁ 또는 Δ₂만큼의 x- 또는 y-방향에서의 점(P)의 시프트 참조 - 시프트된 점(P)은 각각 P'₁ 또는 P'₂로 나타냄). 다른 실시예에 따르면, 유지 디바이스(48)는 결과적인 유지 디바이스가 기준 요소(32)를 x- 및 y-방향으로 시프트할 수 있고 또한 회전축(54)에 대해 이를 회전시킬 수 있는 이러한 방식으로 유지 디바이스(148)와 조합될 수 있다. 도 2는 피험체(14)의 광학면(12)의 형상을 간섭적으로 결정하기 위한 측정 장치(10)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 2에 따른 측정 장치(10)는, 반사 광학 요소로서 설계된 기준 요소(32) 대신에, 피조 요소의 형태의 기준 요소(232)가 제공된다는 점에서 도 1에 따른 측정 장치(10)와 상이하다. 피조 요소는 도 1에 따른 회절 광학 요소(26) 대신에, 측정 방사선으로부터 기준파(30)를 생성하는 역할을 한다.

시준기(226-1) 및 가능하게는 회절 광학 요소(226-2)는 도 2에 따른 측정 장치(10)에서 시험파(28)를 생성하기 위한 시험 광학 유닛으로서 역할을 한다. 시준기(226-1) 단독은 피험체의 표면(12)의 타겟 형상이 평면 형상 또는 구면 형상에서 단지 약간만 벗어날 때 사용될 수 있다. 더 큰 편차의 경우, 예를 들어 타겟 형상이 자유 형태 표면으로서 구성될 때, 회절 광학 요소(226-2)는 시험 광학 유닛의 시준기(226-1)에 추가하여 또는 대안으로서 사용된다.

피조 요소로서 구성된 기준 요소(232)는 시준기(226-1)의 하류 및 존재할 수도 있는 회절 광학 요소(226-2)의 상류에 입사 측정 방사선(18)의 빔 경로에 배열되고, 입사 측정 방사선(18)의 부분이 복귀 기준파(30r)로서 반사되는 피조 표면(233)을 갖는다. 따라서, 도 2에 따른 측정 장치(10)는 피조 간섭계로서 구성된다.

기준 요소(232)는 도 1 및 도 3을 참조하여 이미 설명된 유지 디바이스(48)에 부착된다. 대안적으로, 도 4를 참조하여 설명된 유지 디바이스(148) 또는 도 3 및 도 4에 따른 유지 디바이스(48,148)의 조합이 또한 사용될 수 있다. 따라서, 기준 요소(232)는 적어도 하나의 강체 자유도, 특히 2 또는 3개의 강체 자유도에서 기준 요소(232)의 운동이 상이한, 상이한 캘리브레이션 위치에 배열될 수 있다.

도 2에 따른 측정 장치(10)의 동작 모드는 도 1에 따른 측정 장치(10)의 전술된 동작 모드, 즉, 검출기(44) 상의 복귀 시험파(28r)와 복귀 기준파(30r)의 중첩에 의해 생성된 하나 이상의 간섭도는, 기준 요소(232)의 캘리브레이션 편차를 고려하여 평가되어, 피험체의 광학면의 실제 형상을 결정한다. 캘리브레이션 편차는 타겟 형상, 특히 평면 형상으로부터 피조 표면(233)의 실제 형상의 편차에 관한 것이다. 캘리브레이션 동안, 도 1에 따른 기준 요소(32)를 참조하여 전술된 바와 같이, 기준 요소(232)의 복수의 캘리브레이션 위치에서 복귀 기준파(30r)와 복귀 시험파(28r)의 중첩에 의해 생성된 간섭도가 평가된다.

간섭 측정 장치(10)의 다른 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 이는 평면 파면보다는 구면을 갖는 기준파(30)를 생성하기 위한 회절 광학 요소(26)의 구성, 기준파(30)의 구면 파면에 적응된 반사면(33)을 갖는 기준 요소(32)의 구성, 및 기준 요소(32)를 위한 유지 디바이스(48)의 구성에 있어서만 도 1에 따른 측정 장치(10)와 상이하다. 유지 디바이스(48)는 도 5에 따른 실시예에서 참조 번호 248로 나타낸다.

유지 디바이스(248)는 기준 요소(32)를 2개의 회전 자유도로 이동시키도록 구성된다. 여기서, 제1 회전 자유도는 반사면(33)에 의해 형성된 구면 세그먼트의 중심점(270) 또는 구면 기준파(30)의 가상 원점을 통과하는 제1 회전축(254)을 중심으로 하는 회전 운동(266)에 관한 것이다. 도 5에 도시되어 있는 실시예에서, 제1 회전축(254)은 도면의 지면에 수직으로, 즉, x-방향으로 배향된다. 제2 회전 자유도는, y-방향에서 도 1에 따른 도면에서, 마찬가지로 중심점(270)을 통해 연장하고 제1 회전축(254)에 수직으로 배향되는 제2 회전축(256)을 중심으로 하는 회전 운동(268)에 관한 것이다. 양 회전축(254, 256)은 기준파(30)의 전파 방향에 수직으로 배향된다.

유지 디바이스(248)는 회전 운동(266, 268)의 실행 동안 기준 요소(32)를 안내하기 위한 구면 안내면(258)을 포함한다. 구면 안내면(258)은 점(270)을 곡률의 중심으로 하는 구면 섹션(260)을 따라 연장된다. 유지 디바이스(248)는 각각 회전축(254, 256)에 대해 회전 운동(266, 268)을 실행하기 위한 안내면(258)과 함께 모듈에 통합된 액추에이터(262)를 포함한다. 도시되어 있는 실시예에서, 액추에이터(262)는 구면 섹션(260)을 따라 기준 요소(32)에 부착된 핀형 견인 요소(266)를 견인한다. 기준 요소(32)의 작동은 물론 상이하게 구성된 액추에이터에 의해 또한 달성될 수 있다.

도 5에 따른 측정 장치(10)의 동작 모드는 도 1에 따른 측정 장치(10)의 전술된 동작 모드, 즉, 검출기(44) 상의 복귀 시험파(28r)와 복귀 기준파(30r)의 중첩에 의해 생성된 하나 이상의 간섭도는, 기준 요소(32)의 캘리브레이션 편차를 고려하여 평가되어, 피험체의 광학면의 실제 형상을 결정한다.

캘리브레이션 편차는 구면 타겟 형상으로부터 반사면(33)의 실제 형상의 편차에 관한 것이다. 캘리브레이션 동안, 기준 요소(232)의 복수의 캘리브레이션 위치에서 복귀 기준파(30r)와 복귀 시험파(28r)를 중첩함으로써 생성된 간섭도가 평가되고, 여기서, 상이한 캘리브레이션 위치는 회전축(254) 또는 회전축(256)을 중심으로 하는 회전 운동을 실행함으로써 또는 양 회전축(254, 256)을 중심으로 하는 각각의 회전 운동을 실행함으로써 설정된다. 회전축(254, 256) 중 적어도 하나를 중심으로 하는 회전 운동은 기준 요소(32)의 반사면(33)의 주연점이 반사면(33)의 직경(d)의 적어도 0.1%만큼 시프트되는 이러한 방식으로 발생한다. 더욱이, 기준파(30)의 조사 방향으로 배향된 회전축(도 1에 따른 회전축(54)과 유사함)을 중심으로 하는 회전이 발생될 수 있다.

도시되어 있지 않은 다른 실시예에 따르면, 기준 요소(32)는 또한 전술된 평면 및 구면 형상에 추가하여 병진 및/또는 회전 대칭성을 갖는 다른 유형의 형상을 가질 수 있다. 여기서, 예를 들어, 실린더, 쌍곡면 또는 회전 대칭 비구면의 형상이 고려 가능하다.

예시적인 실시예, 실시예 또는 실시예 변형예의 상기 설명은 예로서라는 것이 이해되어야 한다. 이에 의해 실행된 본 개시내용은 첫째로 통상의 기술자가 본 발명 및 그와 연계된 장점을 이해할 수 있게 하고, 둘째로 통상의 기술자의 이해 내에서 또한 명백한 설명된 구조체 및 방법의 변경 및 수정을 포함한다. 따라서, 모든 이러한 변경 및 수정은, 이들이 첨부된 청구범위, 및 등가물의 정의에 따라 본 발명의 범주 내에 있는 한, 청구범위의 보호에 의해 커버되도록 의도된다.

10: 측정 장치 12: 광학면
14: 피험체 16: 방사선 소스
18: 측정 방사선 20: 도파로
22: 방사선 발생 모듈 24: 빔 스플리터
26: 회절 광학 요소 28: 시험파
28r: 복귀 시험파 30: 기준파
30r: 복귀 기준파 32: 기준 요소
33: 반사면 34: 회절 구조
36: 캡처 디바이스 38: 관찰 유닛
40: 조리개 42: 접안 렌즈
44: 검출기 46: 평가 디바이스
48: 유지 디바이스 50: 병진 자유도
52: 회전 자유도 54: 회전축
56: 내부 유지 링 58: 외부 유지 링
60: y-액추에이터 62: x-액추에이터
64: 다른 병진 자유도 148: 유지 디바이스
232: 기준 요소 233: 피조 표면
226-1: 시준기 226-2: 회절 광학 요소
248: 유지 디바이스 254: 제1 회전축
256: 제2 회전축 258: 구면 안내면
260: 구면 섹션 262: 액추에이터
264: 견인 요소 266: 회전 운동
268: 회전 운동 270: 반사면의 중심

Claims (13)

1. 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 측정 장치이며,
   - 측정 방사선으로부터 피험체의 표면에 조사하기 위한 시험파를 생성하도록 구성된 시험 광학 유닛,
   - 마찬가지로 측정 방사선으로부터 생성되고 피험체의 표면과 상호작용한 후의 시험파와의 중첩에 의해 간섭도를 생성하는 역할을 하는 기준파와의 상호작용을 위한 광학적 유효면을 갖는 기준 요소, 및
   - 기준 요소의 광학적 유효면의 주연점이 광학적 유효면의 직경의 적어도 0.1%만큼 시프트되는 방식으로 적어도 2개의 강체 자유도로 기준파에 관련하여 기준 요소를 이동시키도록 구성된, 기준 요소를 유지하기 위한 유지 디바이스를 포함하고,
   적어도 2개의 강체 자유도는 기준 요소에 의해 방출된 기준파의 전파 방향에 대해 횡방향으로 지향되는 병진 자유도, 및 그 회전축이 기준 요소에 의해 방출되는 기준파의 전파 방향에 실질적으로 평행하게 정렬되는 회전 자유도를 포함하는, 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   유지 디바이스는 각각의 경우에 기준 요소의 광학적 유효면의 주연점이 광학적 유효면의 직경의 적어도 0.1%만큼 시프트되는 방식으로 적어도 2개의 강체 자유도로 기준 요소를 이동시키도록 구성되는, 측정 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   기준 요소가 그에 대해 이동 가능한 강체 자유도는 2개의 병진 자유도를 포함하는, 측정 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 강체 자유도는 적어도 하나의 회전 자유도를 포함하고, 그 회전축은 기준 요소에 의해 방출된 기준파의 전파 방향에 횡방향으로 정렬되는, 측정 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 2개의 강체 자유도는 적어도 2개의 회전 자유도를 포함하는, 측정 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유지 디바이스는 적어도 2개의 강체 자유도로 기준 요소를 이동시키기 위한 복수의 액추에이터를 포함하는, 측정 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 피조 요소를 갖는 피조 간섭계를 포함하고, 기준 요소는 피조 요소인, 측정 장치.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   시험 광학 유닛은 입사 측정 방사선을 시험파와 기준파로 분할하기 위한 회절 광학 요소를 포함하고, 기준 요소는 기준파의 빔 경로에 배열되는, 측정 장치.
9. 제8항에 있어서,
   기준 요소는 미러의 형태로 구성되는, 측정 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로리소그래피 광학 요소의 표면의 간섭 형상 측정을 위해 구성되는, 측정 장치.
11. 기준 요소와 상호작용한 후의 기준파와 피험체의 표면과 상호작용한 후의 시험파의 중첩에 의해 간섭도를 생성하도록 구성된, 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 역할을 하는 측정 장치를 캘리브레이팅하기 위한 방법이며,
    - 적어도 2개의 강체 자유도에서의 운동에 의해 상이한, 기준파에 대해 상이한 캘리브레이션 위치에 기준 요소를 배열하는 단계,
    - 상이한 캘리브레이션 위치에서 생성된 간섭도를 기록하는 단계, 및
    - 기록된 간섭도를 평가함으로써 의도된 효과로부터 기준파의 파면에 대한 기준 요소의 광학 효과의 편차에 기초하여 캘리브레이션 편차를 확인하는 단계를 포함하고,
    적어도 2개의 강체 자유도는 기준 요소에 의해 방출된 기준파의 전파 방향에 대해 횡방향으로 지향되는 병진 자유도, 및 그 회전축이 기준 요소에 의해 방출되는 기준파의 전파 방향에 실질적으로 평행하게 정렬되는 회전 자유도를 포함하는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    피험체는 마이크로리소그래피 광학 요소로서 구성되는, 방법.
13. 피험체의 표면의 간섭 형상 측정을 위한 방법이며,
    - 제11항 또는 제12항에 따른 방법에 의해 측정 장치의 캘리브레이션 편차를 결정하는 단계,
    - 측정 위치에서 기준 요소와 상호작용한 후의 기준파와 피험체의 표면과 상호작용한 후의 시험파를 중첩함으로써 측정 장치에 의해 측정 간섭도를 기록하는 단계, 및
    - 캘리브레이션 편차를 고려하여, 측정 간섭도를 평가함으로써 피험체의 표면 형상을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.

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