KR20230043060A - 다층 박막의 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들의 동시 측정을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
다층 박막의 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들의 동시 측정을 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
시스템은 2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 편광(polarized light)을 방출하도록 구성되는 광대역 광원, 편광 상태들을 결합 및 분할하기 위한 복수의 빔 스플리터들, 및 샘플 표면에 대해 간섭 패턴들을 생성하기 위한 인터페로미트릭 셀(interferometric cell), 미리 정의된 위치들에 편광을 포커싱하는 적절한 설계의 렌즈들, 및 각도 및 파장의 함수로서 편광을 분석하는 센서들을 포함할 수 있다. 시스템은 또한 광학 초퍼의 작동을 통해 레퍼런스 암을 변조하고 시스템 생성 데이터에 대해 서로 다른 데이터 분석 모드들이 사용될 수 있도록 구성되는 제어기를 포함할 수 있다.
Description
개시된 기술의 실시예들은 일반적으로 엘립소미트리(ellipsometry) 및 인터페로미트리(interferometry)의 동시 적용을 통해 샘플의 광학 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일부 종래의 광학 시스템들은 연구 대상인 박막의 광학 특성, 예를 들어 막 두께, 광 흡수율 등을 측정하기 위해 리플렉토미터(reflectometer), 엘립소미터(ellipsometer) 또는 스펙트로미터(spectrometer)를 이용할 수 있다. 다른 광학 시스템들은 박막의 재료 특성을 추론하기 위해 인터페로미터(interferometer) 또는 디프랙토미터(diffractometer)를 사용할 수 있다. 이러한 광학 시스템들의 대부분은 광(light)과 모델을 사용하여 박막의 두께, 토포그래피(topography) 또는 다른 특성들을 추론하는 본질적으로 비파괴적인 것으로 간주된다.
몇몇 경우들에 있어서, 광학 시스템들은 측정 접근 방식의 일부로서 예를 들어 백색 광과 같은 광대역 광을 활용하여 측정들이 파장의 함수로서 피팅되도록 할 수 있다. 다른 접근 방식들은 단일 파장의 광을 사용할 수 있으며, 이를 통해 모델링 및 광학 시스템을 단순화할 수 있다. 많은 경우들에 있어서, 기존의 광학 시스템들은 측정 대상인 박막에 대한 프로브로서 편광된 광(polarized light)을 사용할 수 있다. 이러한 접근 방식들 중 다수는 박막과의 상호 작용에 의해 유도되는 위상 변이를 측정하면서 프로빙 광의 위상을 조절할 수 있다.
박막 측정은 반도체, 디스플레이, 광학계 등의 제조에 있어서 일반적인 산업 관행이다. 기존의 기술들은 접촉 기술들보다 측정 속도가 빠르기 때문에 일반적으로 사실상 광학적이다. 그러나, 광학 기술들을 사용하여 다층의 복잡한 박막들의 토포그래피 또는 막 두께를 측정하는 데에는 몇 가지 도전 과제가 존재한다. 특히, 리소그래피적으로 패턴화된 피처(feature)들 상에 박막이 데포지션된 경우, 이러한 매립된 구조들이 샘플로부터의 광학 응답을 수정하게 되며, 이에 따라 측정 도전 과제들을 발생시킨다. 몇몇 전통적인 측정 기술들은 반복되는 서브서피스(subsurface) 구조에 의존하여 측정을 모델에 매칭한다. 다른 접근 방식들은 기술들의 순차적 조합을 사용하며, 이를 통해 적용 가능성을, 격리되고 비-반복적인 하위 구조들로 확장한다. 결과적으로, 이러한 접근 방식들은 일반적으로 원치 않는 비용과 시간을 증가시키면서, 시스템 설계 및 모델링을 더 복잡하게 만든다.
또한, 전통적인 인터페로미트릭 측정(interferometric measurement)들은 일반적으로 샘플 표면의 토포그래피적 피처들을 해석하기 위해 물리적 모델을 활용하지 않는다. 대신에, 상기 측정들은 직접적인 측정들로 결정되어, 교정 프로세스를 필요로 한다. 대조적으로, 엘립소미트릭 측정(ellipsometric measurement)들은 간접적인 또는 모델링된 결과들이며, 막 두께를 추출하기 위해 재료의 물리적 광학 특성들(복잡한 굴절률)에 대한 회귀(regression) 또는 모델을 필요로 하므로, 복잡한 박막들의 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 데이터의 통합이 더 복잡해진다.
일 예에서, 위에서 설명한 문제들은 동시 인터페로미트리(interferometry) 및 엘립소미트리(ellipsometry)를 위한 광학 시스템에 의해 처리될 수 있으며, 이 광학 시스템은 2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 편광(polarized light)을 방출하도록 구성되는 광대역 광원, 2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 편광을 결합 및 분할하도록 구성되는 복수의 빔 스플리터들, 샘플의 표면에 대해 간섭 패턴들을 생성하도록 구성되는 인터페로미트릭 셀(interferometric cell), 미리 정의된 위치들에 편광을 포커싱하도록 구성되는 복수의 렌즈들, 및 각도 및 파장의 함수로서 편광을 분석하도록 구성되는 복수의 검출기들을 포함한다. 특히, 개시된 기술은 일반적으로 파장 의존 엘립소미트릭 위상을 동시에 측정하기 위한 시스템 및 방법을 제공하며, 이러한 파장 의존 엘립소미트릭 위상은 s 및 p 편광 상태들 간의 위상 차이고, 인터페로미틱 위상은 샘플과 레퍼런스 표면 사이의 s 또는 p 편광 상태들의 위상 차이다. 표면에 복잡한 박막이 있는 샘플들의 경우, 인터페로미틱 위상은 박막의 광학 특성에 의해 수정되고, 더 이상 본질적으로 벌크로 간주되지 않으며, 서브서피스 계면으로부터의 간섭으로 인해 지연되거나 위상이 약간 변하거나 및/또는 복합 막의 재료 특성(특히 전도성 또는 복합 분산)에 의해 수정된다. 또한, 샘플 표면의 복잡한 반복 구조가 격자처럼 작동하여, 잘 정의된 방식으로 광을 산란시킬 수 있다. 엘립소미트릭 및 인터페로미트릭 위상들을 동시에 측정하는 것에 의해서(복잡한 진폭 정보와 함께), 샘플의 보다 완전한 광학 특성을 얻을 수 있다.
s 및 p 편광 상태들의 상대 위상과 s 및/또는 p 편광 상태들에서 추론되는 위상 변이를 모두 측정하는 것에 의해, 일반화된 모델을 생성함으로써 샘플의 광학 응답을 설명할 수 있다. 엘립소미트릭 및 인터페로미트릭 특성들 모두를 순차적으로 또는 동시에 공동 회귀하는 것에 의해, 제약 조건이 없는 플로팅 변수(floating variable)의 수를 줄여, 신뢰할 수 있는 막 두께 및 토포그래피 결과를 생성할 수 있다. 일 예에서, 회귀 프로세스는 측정값을 얻는 것과 동시에 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 회귀 프로세스는 실제 측정 이전에 이루어질 수 있으며, 이후에 룩업 테이블을 사용하여 박막 특성을 식별할 수 있다. 다른 예에서, 룩업 테이블과 회귀 프로세스의 조합을 사용하여 원하는 박막 특성을 확인할 수 있다.
측정은 하나 이상의 파장에서 이루어질 수 있다. 파장들에 걸친 데이터가 샘플의 광학적 특성을 설명하기 위해 결합될 수 있다. 데이터는 시스템 및 샘플의 광대역 광학 응답을 사용하여 모델링될 수 있다. 시스템의 교정은 알려진 광학 및 토포그래픽 특성들의 샘플들을 사용하여 수행될 수 있다. 샘플의 파장 응답은 모델 프로세스들에 포함되거나, 플로팅 파라미터로 사용될 수 있다.
박막의 인터페로미트릭 신호와 엘립소미트릭 신호를 동시에 측정하는 것에 의해, 박막의 보다 완전한 광학적 특성화를 달성하는 기술적 효과를 효율적으로 얻을 수 있다. 또한, 박막의 인터페로미트릭 신호 및 엘립소미트릭 신호를 동시에 측정하면 샘플을 기계적으로 이동하고/하거나 광학 시스템에서 구성 요소들을 추가/제거하는 것 없이도 막 두께 특성과 토포그래피를 동시에 결정할 수 있다. 또한, 개시된 기술은 플로팅 변수가 거의 없는 일반화된 모델에 피팅하기 위해 복잡한 다층 투명 막 스택 광학 특성들을 측정하는 능력을 허용하여, 보다 단순화되고 정확한 모델링 프로세스를 허용할 수 있다. 또한, 개시된 기술은 샘플 표면으로부터의 반사에 의해 생성되는 위상 변화를 유리하게 보상하고, 고속 제조를 위한 박막 특성화를 위한 신뢰할 수 있는 솔루션을 가능하게 한다.
위의 요약은 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념의 선택을 단순화된 형태로 도입하기 위해 제공된 것임을 이해해야 한다. 이것은 청구된 주제의 핵심 또는 필수 특징을 식별하기 위한 것이 아니며, 그 범위는 상세한 설명을 따르는 청구범위에 의해 고유하게 정의된다. 또한, 청구된 주제는 본 개시의 임의의 부분에서 또는 위에서 언급된 임의의 단점을 해결하는 구현으로 제한되지 않는다.
도 1은 종래의 엘립소미터의 개략적인 예를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 리닉-타입(Linnik-type) 인터페로미터의 개략적인 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 개시에 따른 동시 엘립소미트리 및 인터페로미트리를 위한 시스템의 제 1 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 개시에 따른 동시 엘립소미트리 및 인터페로미트리를 위한 시스템의 제 2 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 본 개시에 따른 동시 엘립소미트리 및 인터페로미트리를 위한 시스템의 제 3 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 6은 본 개시에 따른 동시 엘립소미트리 및 인터페로미트리를 위한 시스템의 제 4 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 본 개시에 따른 샘플의 광학적 특성들을 측정하기 위해 도 3의 시스템을 활용하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 8은 본 개시에 따른 샘플의 광학적 특성들을 측정하기 위해 도 4의 시스템을 활용하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 9는 본 개시에 따른 샘플의 광학적 특성들을 측정하기 위해 도 5의 시스템을 활용하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 10은 본 개시에 따른 샘플의 광학적 특성들을 측정하기 위해 도 6의 시스템을 활용하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 리닉-타입(Linnik-type) 인터페로미터의 개략적인 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 개시에 따른 동시 엘립소미트리 및 인터페로미트리를 위한 시스템의 제 1 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 개시에 따른 동시 엘립소미트리 및 인터페로미트리를 위한 시스템의 제 2 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 본 개시에 따른 동시 엘립소미트리 및 인터페로미트리를 위한 시스템의 제 3 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 6은 본 개시에 따른 동시 엘립소미트리 및 인터페로미트리를 위한 시스템의 제 4 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 본 개시에 따른 샘플의 광학적 특성들을 측정하기 위해 도 3의 시스템을 활용하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 8은 본 개시에 따른 샘플의 광학적 특성들을 측정하기 위해 도 4의 시스템을 활용하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 9는 본 개시에 따른 샘플의 광학적 특성들을 측정하기 위해 도 5의 시스템을 활용하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 10은 본 개시에 따른 샘플의 광학적 특성들을 측정하기 위해 도 6의 시스템을 활용하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
개시된 기술의 구현들은 일반적으로 제조된 제품의 박막 특성을 측정하기 위해 사용되는 방법 및 장치에 관한 것이다. 다양한 산업에서는 일반적으로 제품의 품질 관리 및 건전한 제조 관행을 보장하기 위해 박막 측정에 의존하며, 몇몇 경우들에 있어서는 이러한 박막 측정들이 프로세스 흐름에 통합되어 예를 들어 사전-어셈블리 또는 통합을 위한 유닛 수준 사양이 충족되는 것을 보장한다. 박막의 일반적인 측정 특성은 표면 토포그래피 및 막 두께이다. (다른 광학 특성들에 추가하여) 박막의 표면 토포그래피를 측정하는 표준 방법이 엘립소미터에 의해 제공될 수 있으며; 엘립소미터의 개략적인 예가 도 1에 제공되어 있다. 이에 따라, 박막의 두께는 인터페로미트리를 통해 측정될 수 있으며; 리닉(Linnik) 타입의 스펙트럼 인터페로미터의 개략적인 예가 도 2에 제공되어 있다. 인터페로미트리와 엘립소미트리 양쪽 모두가 단일 광학 시스템에 결합될 수 있으며, 단일 광학 시스템에서는, 시스템의 제 1 검출 암(detection arm)에서 수신되는 신호들의 측정을 통해 인터페로미트릭 신호가 획득될 수 있고, 시스템의 제 2 검출 암에서 수신되는 신호들의 측정을 통해 엘립소미트릭 신호가 획득될 수 있다. 제 1 예에서는, 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들이 편광 빔 스플리터를 통해 분리될 수 있으며, 제 1 검출 암에서 획득되는 신호는 하나의 편광의 쾰러 조명(Koehler illumination)의 인터페로미트릭 신호일 수 있는 한편, 제 2 검출 암에서 획득되는 제 2 신호는 직교 편광의 시준된 빔의 엘립소미트릭 신호일 수 있으며; 광학 시스템의 이러한 예시적인 실시예가 도 3에 제공되어 있다. 대안적으로는, 광학 초퍼(optical chopper)가 도 3의 광학 시스템의 레퍼런스 암에 제공되어, 간섭 차단을 허용함으로써, 순수 엘립소미트릭 신호 또는 순수 편광된 광학 현미경 신호를 허용할 수 있으며; 광학 시스템의 이러한 예시적인 실시예가 도 4에 제공되어 있다. 도 3의 광학 시스템에 대한 추가 수정들은 비-편광 빔 스플리터에 의해 제 1 검출 암 및 제 2 검출 암에서 수신될 신호들을 분리하는 것을 포함하며, 제 1 검출 암에 고정 편광기(fixed polarizer)를 포함할 수 있고, 제 2 검출 암에 회전 분석기(rotating analyzer)를 포함할 수 있다. 이것은 시준된 빔의 편광 회전을 측정하는 것을 통해 엘립소미트릭 신호의 추가 특성화를 허용할 수 있다. 이러한 광학 시스템이 도 5에 도시되어 있으며, 레퍼런스 암에 추가 광학 초퍼를 구비한 도 5의 시스템이 도 6에 도시되어 있다. 따라서, 도 7 내지 도 10은 도 3 내지 및 도 6의 광학 시스템들의 동작을 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 1은 특허 US 11,269,204에 포함된 설계를 따르는 엘립소미터(100)를 도시한 것이다. 엘립소미터(100)는 그 위에 형성되는 하나 이상의 층들(114)을 가진 샘플(112)을 평가하는데 사용되도록 의도된다. 일반적으로, 층들(114)은 유전체 또는 금속 층들일 수 있다.
엘립소미터(100)는 프로브 빔(122)을 생성하기 위한 광원(120)을 포함한다. 일 예에서, 광원(120)은 안정적인 좁은 파장 빔을 생성하는 레이저일 수 있다. 광원의 다른 변형들이 후술될 것이다. 다른 예에서는, 광원(120)의 출력이 편광된다. 대안적으로는, 편광 제어를 제공하기 위해 빔의 경로에 편광기가 배치될 수 있다.
프로브 빔(122)은, 이 경우에, 빔 스플리터(124)에 의해 샘플을 향해 지향될 수 있다. 빔은 포커싱 요소(126)를 사용하여 샘플 상에 포커싱될 수 있다. 포커싱 요소(126)는 엘립소미트릭 신호의 측정을 위해 샘플에 대한 입사각의 큰 확산을 생성하도록 상대적으로 높은 개구수(numerical aperture; NA)를 가질 수 있다. 일 예에서, 포커싱 요소(126)는 적어도 0.5, 및 보다 바람직하게는 대략 0.9의 NA를 가질 수 있다. NA가 0.5인 포커싱 요소는 법선에 대해 0도에서 30도까지의 입사각을 생성한다. 0.9NA(또는 그 이상)는 그 범위를 약 64도(및 그 이상)까지 확장한다.
일 예에서, 포커싱 요소(126)는 복합 현미경 대물렌즈이다. 포커싱 요소(126)는 렌즈, 미러 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 프로브 빔은 직경이 10 미크론 이하 정도, 일부 경우들에서 더 바람직하게는 대략 1 미크론 정도의 스폿 크기로 포커싱된다.
샘플에서 반사되는 광은 렌즈(126)에 의해 수집되어 광검출기(130)로 향해질 수 있다. 광검출기(130)에 도달하기 전에, 프로브 빔(122)이 보정기(compensator)(이 경우는, 빔의 편광 상태들 중 하나의 위상을 지연시키기 위한 1/4 파장 판(140))을 통과한다. 1/4 파장 판은 프로브 빔이 샘플을 타격하기 이전에 빔 경로에 위치될 수 있다. 후자의 접근 방식은 렌즈(126)에 의해 생성되는 수차들을 줄이는 데 몇 가지 이점들이 있을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 보정기는 90도의 위상 지연을 유도할 수 있으며; 그러나 더 크거나 작은 지연들이 가능하다.
그 다음, 빔의 2개의 편광 상태들이 서로 간섭하게 하는 기능을 하는 선형 편광기(144)를 빔이 통과할 수 있다. 원하는 신호를 최대화하기 위해, 편광기의 축은 1/4 파장 판(140)의 고속 및 저속 축들에 대해 45도 각도로 배향될 수 있다. 편광기의 최적 배향이 샘플 조건들에 따라 1/4 파장 판의 고속 축과 저속 축에 대해 30도 내지 60도 사이가 되는 경우가 있을 수도 있다.
광검출기(130)는 바람직하게는 광검출기 요소들 또는 픽셀들(132)의 2차원 어레이로 구성될 수 있다. 이러한 배열은 상업적으로 이용 가능한 전하-결합 소자(charge-coupled device; CCD) 어레이들에서 일반적이다. 광검출기(130)의 요소들로부터의 출력은, 처리 유닛을 포함할 수 있는 제어기(150)에 공급될 수 있고, 제어기(150)는 또한 1/4 파장 판(140)의 위치 및 일부 경우들에 있어서는 선형 편광기(144)의 위치를 제어 및 모니터링할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프로브 빔(122)의 일부가 빔 스플리터(124)를 직접 통과하여 입사 전력 검출기(156)에 충돌한다. 입사 전력 검출기(156)는 프로브 빔 광원의 출력 전력의 변동들을 모니터링하기 위해 제공될 수 있다. 입사 전력 검출기(156)의 출력은 정규화를 제공하기 위해 제어기에 공급될 수도 있다.
일부 환경에서는, 하나보다 많은 파장에서 측정을 획득하는 것이 바람직할 수 있다. 레이저 광원이 코히어런트한 빔을 생성할 정도로 아주 작은 스폿 사이즈로 측정하고자 하는 경우, 광원(120)은 상이한 파장에서의 출력을 각각 갖는 2개 이상의 레이저를 포함할 수 있다. 이 레이저들은 순차적으로 에너지를 공급받아 다양한 파장들에서의 데이터를 생성할 수 있다. 대안적으로, 광원(120)은 가변 레이저(tunable laser)를 포함할 수 있다.
광원(120)은 또한 다색 프로브 빔을 생성하는 백색 광원일 수 있다. 그 다음, 광원과 검출기 사이의 광 경로 임의의 장소에 파장 선택 필터(160)(도 1에서 점선 박스로 도시됨)가 배치될 수 있다. 필터는 빔의 경로로 선택적으로 이동되는 단순 대역 통과(색상) 필터들의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 좁은 파장 영역들을 순차적으로 선택하기 위해서 모노크로미터가 사용될 수 있다.
도 2는 리닉(Linnik) 인터페로미터(200)의 개략적인 예를 도시한 것이다. 리닉 인터페로미터(200)의 설계는 2018년 4월 20일, Applied Optics, 제 57권, 제 12호에 나와있는 설계를 따른다. 리닉 인터페로미터(200)는 샘플(260)을 평가하는 데 사용될 수 있다. 샘플(260)은 예를 들어 기판 상단에 박막을 포함할 수 있으며, 리닉 인터페로미터(200)는 샘플(260)의 두께의 측정을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
리닉 인터페로미터(200)는 광원(280)을 포함할 수 있다. 도 1에 주어진 예시적인 실시예에서, 광원(280)은 광섬유 케이블을 통과할 수 있는 백색 광원(white light source)을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 광원(280)은 할로겐 램프일 수 있으며, 이것은 렌즈(275)를 통해 광을 통과시킨 이후 시준된(collimated) 백색 광의 빔을 생성할 수 있다.
그 다음, 렌즈(275)로부터 투사되는 시준된 백색 광은 제 1 빔 스플리터(235)를 통과하여, 시준된 백색 광의 2개의 빔들로 분할될 수 있으며, 여기서 제 1 빔은 리닉 인터페로미터(200)의 레퍼런스 암(reference arm)(257)의 제 1 대물렌즈(240)에 들어가고, 제 2 빔은 리닉 인터페로미터(200)의 레퍼런스 암(257)에 있는 리닉 인터페로미터(200)의 측정 암(256)의 제 2 대물렌즈(255)에 들어간다. 바람직하게는, 레퍼런스 암(257)의 제 1 대물렌즈(240) 및 측정 암(256)의 제 2 대물렌즈(255)는 공통된 광학 특성들(예를 들면, 일치된 개구수들)을 갖는다. 제 1 대물렌즈(240)는, 제 1 빔 스플리터(235)로부터 레퍼런스 미러(245)로 입사 시준된 광을 포커싱하는 역할을 할 수 있다. 제 1 빔 스플리터(235)와 레퍼런스 미러(245) 사이의 거리는, 제어기(285)에 의해 제어될 수 있는 기계식 액추에이터(250)를 통해 조정될 수 있다. 일 예에서, 기계식 액추에이터(250)는 LZT(lead zirconate titanate) 또는 PZT로 이루어진 압전 장치일 수 있다.
제 1 빔 스플리터(235)로부터의 제 2 광 빔은 측정 암(256)의 제 2 대물렌즈(255)로 들어갈 수 있으며, 스테이지(265)에 장착된 샘플(260) 상에 포커싱될 수 있다. 스테이지는 스테핑 모터(270)에 커플링될 수 있으며, 이것은 샘플(260)의 평면에서 샘플(260) 위치의 선택적인 기계적 조작을 허용하여 샘플(260)의 상이한 지점들에 따른 샘플 두께의 이미징을 허용할 수 있다.
샘플(260)로부터 산란 및/또는 회절된 측정 광은 제 2 대물렌즈(255)를 통과하여, 제 1 빔 스플리터(235)를 통해 송신되고, 제 2 빔 스플리터(220)에서 수신될 수 있다. 유사하게, 레퍼런스 미러(245)로부터 반사되는 레퍼런스 광은 제 1 대물렌즈(240)를 통과하여, 제 1 빔 스플리터(235)에 의해 반사되고, 제 2 빔 스플리터(220)에서 수신될 수 있다. 그 다음, 샘플(260)로부터의 광 및 레퍼런스 미러(245)로부터의 광이 제 2 빔 스플리터(220)에서 간섭하여, 간섭 신호를 생성할 수 있다. 그 다음, 간섭 신호의 일부가 포커스 렌즈(215)에서 수집되고, 광섬유(210)를 통해 광섬유 스펙트로미터(205)에서 획득될 수 있으며; 광섬유 스펙트로미터(205)에서 획득되는 간섭 신호의 일부가 A/D 변환 이후에 제어기(285)로 송신될 수 있다. 또한, 간섭 신호의 다른 부분이 선택적으로 튜브 렌즈(225)에서 수집되어, 전하 결합 소자(CCD) 카메라(230)를 사용하여 이미징됨으로써, 간섭 신호의 강도 프로파일을 이미징할 수 있다.
기계식 액추에이터(250)는 폐쇄 루프 방식으로 레퍼런스 미러(245)를 조작하도록 동작될 수 있다. 일 예에서, 기계식 액추에이터(250)는 제어기(285)에 의해 폐쇄 루프 방식으로 동작되어, 레퍼런스 미러(245)를 작동시킴으로써, CCD 카메라(230)에서 수신 신호의 널 상태(null condition)를 유지할 수 있다. 다른 예에서, 기계식 액추에이터(250)는 광섬유 스펙트로미터(205)에서 수신되는 간섭 신호의 포커스를 유지하기 위해 폐쇄 루프 방식으로 작동될 수 있다.
레퍼런스 광과 측정 광 사이에는 위상 차가 존재하며 이것이 백색-광 스펙트럼 인터페로미트릭 신호(interferometric signal)를 직접적으로 결정한다. 광섬유 스펙트로미터(205)에서 획득되는 인터페로미트릭 신호를 처리한 이후에, 백색-광 스펙트럼 인터페로미트릭 신호는, 각 파장마다에 대한, 측정 광과 레퍼런스 광 사이의 위상 차의 함수로서 표현될 수 있다. 그 다음, 예를 들어 제 1 대물렌즈(240)와 제 2 대물렌즈(255)의 광학 특성들의 불일치로 인한 위상 오류들, 및 보다 정확한 막 두께 측정을 위한 제 1 빔 스플리터(235)의 균질성으로 인한 추가 위상 오류들을 수정하기 위해 백색-광 인터페로미트릭 신호의 추가 분석이 구현될 수 있다.
도 3은 샘플(352)의 동시 인터페로미트리 및 엘립소미트리를 위한 광학 시스템(300)의 제 1 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 샘플(352)은 박막, 예를 들어 리소그래피적으로 패턴화된 피처들 상에 데포지션되는 다층 박막을 포함할 수 있다. 광학 시스템(300)에서는, 파장의 함수로서 제 1 편광의 쾰러 조명으로 샘플(352)을 이미징하는 것을 통해 간섭 신호들이 획득될 수 있는 한편, 동공 평면(357) 내의 파장 및 각도 위치의 함수로서 시준된 광 신호를 이미징하는 것을 통해 엘립소미트릭 신호들이 획득될 수 있다.
광학 시스템(300)은 광대역 광을 생성하는 광원(304)을 포함할 수 있다. 광원(304)은 예를 들어 백색 광 스펙트럼을 생성할 수 있는 할로겐 램프일 수 있다. 그 다음, 광원(304)으로부터의 광은 편광 장치(308)를 통과할 수 있으며, 편광 장치(308)는 제 1 편광의 제 1 빔(312), 및 제 1 편광에 직교하는 제 2 편광의 제 2 빔(316)을 생성할 수 있다. 편광 장치(308)는 예를 들어 광음향(opto-acoustic) 편광 장치, 또는 편광 빔 스플리터일 수 있다.
그 다음, 직교 편광의 2개의 빔들이 광학 시스템(300)의 2개의 개별 광학 암들을 통해 이동할 수 있다. 제 1 빔(312)은 제 1 미러(320)로부터 반사되어, 제 1 렌즈(328)를 통과하여, 시준되거나 거의 시준된 광 빔을 생성할 수 있다. 제 2 빔(316)은 제 2 미러(324)로부터 반사되어, 제 2 렌즈(332), 조리개(336), 및 제 3 렌즈(340)를 통과할 수 있으며, 여기서 렌즈들(332, 340)은 쾰러 조명을 생성하기 위한 적절한 설계로 이루어진다. 쾰러 조명은, 광원(304)의 이미지가 샘플(352)의 평면과 일치하는 초점 평면(358)에서 디포커싱되어 샘플의 균일한 조명을 제공할 때 달성된다. 일 예에서는, 제 1 빔(312)이 샘플(352)의 입사 평면에 대해 p-편광을 가질 수 있는 한편, 제 2 빔(316)이 샘플(352)의 입사 평면에 대해 s-편광을 가질 수 있다. 조리개(336)는 제 4 렌즈(356)의 후방 초점 거리(back focal length)로부터 적절한 거리를 유지하도록 렌즈들(332, 340) 사이에 그리고 제 4 렌즈(356)와 관련하여 위치된다. 따라서, 제 1 빔(312)은 p-편광 상태의 시준된 빔으로서 유지될 수 있는 한편, 제 2 빔(316)은 s-편광 상태의 쾰러 조명으로서 유지될 수 있다.
그 다음, 제 2 빔(316)이 제 3 미러(348)로부터 반사될 수 있고, 그 다음 빔들(312, 316)이 제 1 편광 빔 스플리터(344)에서 재결합되어 동축으로 만들어질 수 있으며, 여기서 제 1 빔(312)은 제 1 편광 빔 스플리터(344)를 통해 투과하는 반면, 제 2 빔(316)은 제 1 편광 빔 스플리터(344)로부터 반사될 수 있다.
그 다음, 제 1 편광 빔 스플리터(344)에서 동축으로 만들어진 빔들(312, 316)이 인터페로미트릭 셀(349)로 송신될 수 있다. 이 실시예에서 인터페로미트릭 셀(349)은 측정 암(355)이 제 4 렌즈(356)를 포함하는 리닉 타입이며, 여기서 제 4 렌즈(356)는 비-편광 빔 스플리터(360)와 샘플(352) 사이에 유지되고, 레퍼런스 암(365)은 제 5 렌즈(364)를 포함하며, 여기서 제 5 렌즈(364)는 비-편광 빔 스플리터(360)와 플랫 미러(368) 사이에 유지된다. 측정 암(355) 및 레퍼런스 암(365)은, 샘플(352)이 없는 경우 동일한 광학 경로 길이를 유지하도록 구성될 수 있으며, 이것은 측정 암(355) 및 레퍼런스 암(365)의 광학 경로 길이에 작은 차이를 도입하는 샘플(352)의 존재로 인해 비-편광 빔 스플리터(360)에서 간섭 패턴들이 생성될 수 있도록 하기 위한 것이다. 렌즈들(356, 364)은 대물 렌즈일 수 있다. 대물 렌즈들에는 엘립소미트릭 신호를 향상시키는 적절한 NA 값들이 선택될 수 있다. 또한, 더 큰 NA 값들은 각도 정보의 분석을 가능하게 한다. 바람직하게는, 측정 암(355)의 제 4 렌즈(356) 및 레퍼런스 암(365)의 제 5 렌즈(364)는 공통된 광학 특성들(예를 들면, 매칭된 NA들)을 갖는다.
그 다음, 인터페로미트릭 셀(349)은 빔들(312, 316)을 수신하도록 구성될 수 있으며, 이 빔들(312, 316)은 각각 비-편광 빔 스플리터(360)를 통해 반사 및 투과할 수 있다. 2개의 빔들(312, 316) 각각은 레퍼런스 암(365)을 통한 제 1 투과 레벨로 비-편광 빔 스플리터(360)를 통해 투과할 수 있으며, 또한 측정 암(355)을 통한 제 2 반사 레벨로 비-편광 빔 스플리터(360)로부터 반사될 수 있다. 일 예에서, 50/50 빔 스플리터가 투과 및 반사 광출력의 균형을 맞추기 위해 선택될 수 있으며; 그러나, 다른 빔 분할 비율이 측정 대상인 샘플들을 고려하여 선택될 수도 있다. 레퍼런스 암(365)에서는, 빔들(312, 316)이 제 5 렌즈(364)를 통과하고, 플랫 미러(368)로부터 반사되어, 비-편광 빔 스플리터(360)로 되돌아갈 수 있다. 플랫 미러(368)의 표면은 표면 평탄도가 사전 보정된 허용 오차 내에 있도록 특성화될 수 있다. 측정 암(355)에서는, 빔들(312, 316)이 제 4 렌즈(356)를 통해 투과하여(제 4 렌즈(356)는 제 1 빔(312)의 시준된 광을 샘플(352) 상의 스폿으로 포커싱함), 샘플(352)로부터 산란 및/또는 반사할 수 있다. 일 예에서, 샘플 상의 제 1 빔(312)의 스폿의 크기는 제 4 렌즈(356)의 회절 한계에 있을 수 있다. 빔들(312, 316)과 샘플(352)의 상호 작용에 의해 제 1 빔(312) 및 제 2 빔(316) 각각의 편광이 선형 편광에서 타원형 편광(elliptical polarization)으로 변화될 수 있으며, 여기서 편광 변화의 양은 샘플(352)의 광학 특성들 및 샘플(352)에 대한 각 빔의 입사각에 의존한다. 그 다음, 플랫 미러(368)에서 반사되는 레퍼런스 암(365)의 빔들(312, 316), 및 측정 암(355)의 샘플(352)로부터 산란 및/또는 반사하는 빔들(312, 316)이, 비-편광 빔 스플리터(360)에서 유사한 편광 상태들과 간섭할 수 있다.
그 다음, 간섭 빔(interfered beam)들(312, 316)이 비-편광 빔 스플리터(360)를 통해 더 투과하여, 제 2 편광 빔 스플리터(372)에 충돌할 수 있다. 제 2 편광 빔 스플리터(372)에 의해 제 1 검출 암(375)으로 s-편광의 광이 반사될 수 있으며, 여기서 제 1 검출 암(375)은 제 6 렌즈(376) 및 제 1 센서(380)를 포함한다. 제 1 검출 암(375)은 샘플(352)과의 상호 작용으로 인해 s-편광으로 회전되었을 수 있는 시준된 빔의 작은 부분으로 대부분 쾰러 조명을 수신할 수 있다. 제 2 편광 빔 스플리터(372)에서 반사되는 광이 제 6 렌즈(376)에서 수집되어 제 1 센서(380)로 송신될 수 있다. 그 다음, 제 2 편광 빔 스플리터(372)를 통해 제 2 검출 암(385)으로 p-편광의 광이 투과될 수 있으며, 여기서 제 2 검출 암(385)은 제 7 렌즈(384) 및 제 2 센서(388)를 포함한다. 제 2 검출 암(385)은, 샘플(352)과의 상호 작용으로 인해 p-편광으로 회전될 수 있는 제 2 빔(316)으로부터의 쾰러 조명의 일부와 함께 제 1 빔(312)으로부터 대부분의 시준된 광을 수신할 수 있다. 제 2 편광 빔 스플리터(372)를 통해 투과되는 광은 제 7 렌즈(384)에서 수집되어, 제 2 센서(388)로 송신될 수 있다. 센서들(380, 388)은 예를 들어 CCD 카메라들일 수 있으며, 제어기(397)(처리 유닛을 포함할 수 있음)로 수신된 신호들을 송신할 수 있다.
제 1 센서(380)에서 획득되는 광 신호는 비-편광 빔 스플리터(360)에서의 s-편광된 광의 간섭을 거친 인터페로미트릭 신호일 수 있으며, 이에 의해 제 6 렌즈(376)는 샘플(352)로부터 쾰러 조명을 수집하고 포커싱할 수 있다. 제 1 센서(380)에서 수신되는 광 신호의 파장을 스캐닝함으로써, 제 1 센서(380)에서 수신되는 간섭 신호의 변조가 획득될 수 있다. 제 1 센서(380)에서 수신되는 인터페로미트릭 신호의 일부는 시준된 빔으로 인한 것일 수 있으며, 시준된 빔으로부터의 기여는 배경 신호 또는 강도 시프트를 생성하여, 간섭 신호의 프린지 콘트라스트(fringe contrast)를 감소시킬 수 있다. 최종 결과로 시준된 조명이 아닌, 쾰러 조명 및 그 간섭이 제 1 센서(380)에 포커싱된다.
제 2 센서(388)에서 획득되는 광 신호는 인터페로그램(interferogram)으로 임프린트되는 엘립소미트릭 신호일 수 있으며, 이에 따라 제 7 렌즈(384)가 동공 평면(357)으로부터 시준된 광을 수집하고 포커싱할 수 있다. 제 2 센서(388)에서 수신되는 광 신호의 파장을 스캐닝함으로써, 제 2 센서(388)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 변조가 획득될 수 있다. 엘립소미트릭 신호는 샘플(352)과 광의 상호 작용으로 인해 생성되는 p-편광된 광과 s-편광된 광 사이의 위상 차이인 파장 종속 엘립소미트릭 위상을 측정할 수 있다. 제 2 센서(388)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 일부가 쾰러 조명으로 인한 것일 수 있으며, 쾰러 조명의 기여에 의해 엘립소미트릭 신호에서 배경 신호 또는 강도 시프트가 생성될 수 있다. 최종 결과로 쾰러 조명이 아닌, 시준 조명된 광 및 그 간섭이 제 2 센서(388)에서 포커싱된다.
그 다음, 제 1 센서(380) 및 제 2 센서(388)에서 각각 수신되는 인터페로미트릭 신호 및 엘립소미트릭 신호가, 제어기(397)의 처리 유닛에 의해서 분석되고, 회귀(regression)를 통해 샘플(352)의 광학 응답을 설명하는 일반화된 모델로 피팅될 수 있다. 쾰러 조명된 제 1 편광의 인터페로미트릭 신호 및 시준 조명된 제 2 직교 편광의 엘립소미트릭 신호가 순차적으로 또는 동시에 회귀될 수 있으며, 회귀 프로세스는 측정과 동시에 이루어질 수 있다. 대안적으로는, 회귀 프로세스가 실제 측정 전에 이루어질 수 있며, 룩업 테이블(look up table)들이 특성들을 식별하기 위해 이후에 사용될 수 있다. 룩업 테이블들과 회귀 프로세스의 조합을 사용하여 샘플(352)의 원하는 특성들을 확인할 수 있다.
도 4는 샘플(452)의 동시 편광, 다중-파장 마이크로스코피 및 엘립소미트리를 위한 광학 시스템(400)의 제 2 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 샘플(452)은 박막, 예를 들어 리소그래피적으로 패턴화된 피처들 상에 데포지션되는 다층 박막을 포함할 수 있다. 광학 시스템(400)에서는, 파장의 함수로서 제 1 편광의 쾰러 조명으로 샘플(452)을 이미징하는 것을 통해 편광된 광학 신호가 획득될 수 있는 한편, 동공 평면(457) 내의 파장 및 각도 위치의 함수로서 제 2 편광의 시준된 광 신호를 이미징하는 것을 통해 엘립소미트릭 신호들이 획득될 수 있다.
광학 시스템(400)은 광대역 광을 생성하는 광원(404)을 포함할 수 있다. 광원(304)은 예를 들어 백색광 스펙트럼을 생성할 수 있는 할로겐 램프일 수 있다. 그 다음, 광원(404)으로부터의 광이 파장 선택 편광 장치(408)를 통과할 수 있으며, 이 파장 선택 편광 장치(408)가 직교 편광의 2개의 빔들을 생성할 수 있다. 파장 선택 편광 장치(408)는 예를 들어 광음향 편광 장치 또는 편광 스펙트로미터일 수 있다.
그 다음, 직교 편광의 2개의 빔들이 광학 시스템(400)의 2개의 개별 광학 암들을 통해 이동할 수 있다. 제 1 빔(412)은 제 1 미러(402)로부터 반사되어, 제 1 렌즈(428)를 통과하여, 시준되거나 거의 시준된 광 빔을 생성할 수 있다. 제 2 빔(416)은 제 2 미러(424)로부터 반사되어, 제 2 렌즈(432), 조리개(436), 및 제 3 렌즈(440)를 통과할 수 있으며, 여기서 렌즈들(432, 440)은 쾰러 조명을 생성하기 위한 적절한 설계이다. 일 예에서, 제 1 빔(412)은 샘플(452)의 입사 평면에 대해 p-편광을 가질 수 있는 한편, 제 2 빔(416)은 샘플(452)의 입사 평면에 대해 s-편광을 가질 수 있다. 조리개(436)는 제 4 렌즈(456)의 후방 초점 거리로부터 적절한 거리를 유지하도록 렌즈들(432, 440) 사이에 그리고 제 4 렌즈(456)와 관련하여 위치될 수 있다. 따라서, 제 1 빔(412)은 p-편광 상태의 시준된 빔으로서 유지될 수 있는 한편, 제 2 빔(416)은 s-편광 상태의 쾰러 조명으로서 유지될 수 있다.
그 다음, 제 2 빔(416)이 제 3 미러(448)로부터 반사될 수 있고, 그 다음 빔들(412, 416)이 제 1 편광 빔 스플리터(444)에서 재결합되어 동축으로 만들어질 수 있으며, 제 1 빔(412)은 제 1 편광 빔 스플리터(444)를 투과하는 반면, 제 2 빔(416)은 제 1 편광 빔 스플리터(444)로부터 반사될 수 있다.
그 다음, 제 1 편광 빔 스플리터(444)에서 동축으로 만들어진 빔들(412, 416)이 인터페로미트릭 셀(449)로 송신될 수 있다. 이 실시예에서 인터페로미트릭 셀(449)은 측정 암(455)이 제 4 렌즈(456)를 포함하는 리닉 타입이며, 여기서 제 4 렌즈(456)는 비-편광 빔 스플리터(460)와 샘플(452) 사이에 유지되고, 레퍼런스 암(465)은 제 5 렌즈(464)를 포함하며, 제 5 렌즈(464)는 비-편광 빔 스플리터(460)와 플랫 미러(468) 사이에 유지된다. 측정 암(455) 및 레퍼런스 암(465)은 샘플(452)의 존재로 인해 비-편광 빔 스플리터(460)에서 발생되는 간섭 패턴을 최대화하도록 구성될 수 있다. 그러나, 도 3의 광학 시스템(300)과 대조적으로, 광학 시스템(400)은 비-편광 빔 스플리터(460)와 제 5 렌즈(464) 사이에 위치되는 레퍼런스 암(465)에 광학 초퍼(463)를 포함할 수 있다. 광학 초퍼(463)는 고정 주파수로 회전할 수 있으며, 측정 암(455)의 빔들(412, 416)을 주기적으로 차단하여, 측정 암(455)의 광과 레퍼런스 암(465)의 광 사이의 간섭을 제거하는 역할을 할 수 있다. 렌즈들(456, 464)은 대물 렌즈일 수 있다. 엘립소미트릭 신호를 향상시키는 적절한 NA 값이 대물렌즈들에 선택될 수 있다. 또한, 더 큰 NA 값들은 각도 정보의 분석을 가능하게 한다. 바람직하게는, 측정 암(455)의 제 4 렌즈(456) 및 레퍼런스 암(465)의 제 5 렌즈(464)는 공통된 광학 특성들(예를 들면, 매칭된 NA)을 갖는다.
인터페로미트릭 셀(449)은 빔들(412, 416)을 수신하도록 구성될 수 있으며, 그 다음, 이 빔들(412, 416) 각각은 비-편광 빔 스플리터(460)를 통해 반사 및 투과할 수 있다. 2개의 빔들(412, 416) 각각은 레퍼런스 암(465)을 통한 제 1 투과 레벨로 비-편광 빔 스플리터(460)를 통해 투과할 수 있으며, 측정 암(455)을 통한 제 2 반사 레벨로 비-편광 빔 스플리터(460)로부터 반사될 수 있다. 일 예에서, 투과 및 반사 광출력의 균형을 맞추기 위해 50/50 빔 스플리터가 선택될 수 있으며; 그러나, 측정 대상인 샘플들을 고려하여 다른 빔 분할 비율들이 선택될 수도 있다. 레퍼런스 암(465)에서는, 빔들(412, 416)이 제 5 렌즈(464)를 통과하고, 플랫 미러(468)로부터 반사되어, 비-편광 빔 스플리터(460)로 되돌아갈 수 있다. 플랫 미러(468)의 표면은 표면 평탄도가 사전 보정된 허용 오차 내에 있도록 특성화될 수 있다. 측정 암(455)에서는, 빔들(412, 416)이 제 4 렌즈(456)를 통해 투과하여(제 4 렌즈(456)는 제 1 빔(412)의 시준된 광을 샘플(452) 상의 스폿으로 포커싱함), 샘플(452)로부터 산란 및/또는 반사할 수 있다. 일 예에서, 샘플(452) 매트 상의 제 1 빔(412)의 스폿의 크기는 제 4 렌즈(456)의 회절 한계에 있을 수 있다. 빔들(412, 416)과 샘플(452)의 상호 작용에 의해 선형 편광에서 타원형 편광으로 제 1 빔(412) 및 제 2 빔(416) 각각의 편광이 변화될 수 있으며, 여기서 편광 변화의 양은 샘플(452)의 광학 특성들에 따라 달라진다. 그 다음, 플랫 미러(468)로부터 반사되는 레퍼런스 암(465)의 빔들(412, 416), 및 측정 암(455)의 샘플(452)로부터 산란 및/또는 반사하는 빔들(412, 416)이, 비-편광 빔 스플리터(460)에서 재결합할 수 있다.
그 다음, 빔들(412, 416)이 비-편광 빔 스플리터(460)를 통해 더 투과하여 제 2 편광 빔 스플리터(472)에 충돌할 수 있다. 그 다음, 제 2 편광 빔 스플리터(472)에 의해 제 1 검출 암(475)으로 s-편광의 광이 반사될 수 있으며, 여기서 제 1 검출 암(475)은 제 6 렌즈(476) 및 제 1 센서(480)를 포함한다. 제 1 검출 암(475)은 샘플(452)과의 상호 작용으로 인해 s-편광으로 회전되었을 수 있는 시준된 빔의 작은 부분으로 대부분 쾰러 조명을 수신할 수 있다. 그 다음, 제 2 편광 빔 스플리터(472)로부터 반사되는 광이 제 6 렌즈(476)에서 수집되어, 제 1 센서(480)로 송신될 수 있다. 그 다음, 제 2 편광 빔 스플리터(472)를 통해 제 2 검출 암(485)으로 p-편광의 광이 투과될 수 있으며, 여기서 제 2 검출 암(485)은 제 7 렌즈(484) 및 제 2 센서(488)를 포함한다. 제 2 검출 암(485)은 샘플(452)과의 상호 작용으로 인해 p-편광으로 회전될 수 있는 제 2 빔(416)으로부터의 쾰러 조명의 일부와 함께 제 1 빔(412)으로부터 대부분의 시준된 광을 수신할 수 있다. 그 다음, 제 2 편광 빔 스플리터(472)를 통해 투과되는 광이 제 7 렌즈(484)에서 수집되어, 제 2 센서(488)로 송신될 수 있다. 센서들(480, 488)은 예를 들어 CCD 카메라일 수 있으며, 제어기(497)(처리 유닛을 포함할 수 있음)로 수신된 신호들을 송신할 수 있다.
광학 초퍼(463)의 도입에 의한 간섭 제거로 인해, 제 1 검출 암(475)은 s-편광에 대한 다중-파장 편광 현미경으로서 기능할 수 있어, 각도 및 파장의 함수로서 제 1 센서(480)에서 샘플(452)의 이미징을 허용한다. 제 6 렌즈(476)는 샘플(452)로부터 획득되는 광을 초점 평면(458)에 포커싱할 수 있다. 제 1 센서(480)에서 수신되는 신호의 파장 의존성은 편광 장치(408)의 파장의 스캐닝을 통해 획득될 수 있다.
제 2 센서(488)에서 획득되는 광 신호는 순수한 엘립소미트릭 신호일 수 있고, 제 7 렌즈(484)는 동공 평면(457)으로부터 획득되는 광을 수집할 수 있다. 편광 장치(408)로부터의 광의 파장의 스캐닝을 통해, 제 2 센서(388)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 변조가 획득될 수 있다. 엘립소미트릭 신호는 샘플(452)과 광의 상호 작용으로 인해 생성되는 p-편광된 광과 s-편광된 광 사이의 위상 차이인 파장 종속 엘립소미트릭 위상을 측정할 수 있다. 제 2 센서(488)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 일부가 쾰러 조명으로 인한 것일 수 있지만, 렌즈(484)로 인해 제 2 센서(488)에 포커싱되지 않게 된다. 또한, 광학 초퍼(463)에 의한 광학 시스템(400)의 간섭 제거로 인해, 제 2 센서(488)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 모델링은, 측정 결과들에 대한 간섭 암의 영향을 모델링하지 않아도 되는 것에 의하여 단순화될 수 있다.
그 다음, 제 1 센서(480) 및 제 2 센서(488)에서 수신되는 광학 신호 및 엘립소미트릭 신호 각각이 제어기(497)의 처리 유닛에 의해서 분석되고, 회귀를 통해 샘플(452)의 광학적 특성들을 설명하는 일반화된 모델로 피팅될 수 있다. 광학 신호 및 엘립소미트릭 신호가 순차적으로 또는 동시에 회귀될 수 있으며, 회귀 프로세스는 측정과 동시에 발생할 수 있다. 대안적으로, 회귀 프로세스는 실제 측정 이전에 발생할 수 있고, 룩업 테이블들이 특성들을 식별하기 위해 이후에 사용될 수 있다. 룩업 테이블들과 회귀 프로세스의 조합을 사용하여, 샘플(452)의 원하는 특성들을 확인할 수 있다. 또한, 광학 시스템(400)의 이미징 능력들은 간섭이 존재할 때(광학 초퍼(463)가 비활성화될 때) 검출 암(475, 485)에서 수신되는 광학 신호들 대 간섭이 존재하지 않을 때(광학 초퍼(463)가 활성화될 때) 검출 암들(475, 485)에서 수신되는 광학 신호들을 비교함으로써 향상될 수 있다.
도 5는 샘플(552)의 동시 인터페로미트리 및 엘립소미트리를 위한 광학 시스템(500)의 제 3 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 샘플(552)은 박막, 예를 들어 리소그래피적으로 패턴화된 피처들 위에 데포지션되는 다층 박막을 포함할 수 있다. 광학 시스템(500)에서, 파장의 함수로서 제 1 편광의 쾰러 조명으로 샘플(552)을 이미징하는 것을 통해 간섭 신호들이 획득될 수 있는 한편, 동공 평면(557) 내의 파장 및 각도 위치의 함수로서 제 2 편광의 시준된 광 신호를 이미징하는 것을 통해 엘립소미트릭 신호들이 획득될 수 있다.
광학 시스템(500)은 광대역 광을 생성하는 광원(504)을 포함할 수 있다. 광원(504)은 예를 들어 백색 광 스펙트럼을 생성할 수 있는 할로겐 램프일 수 있다. 광원(504)으로부터의 광은 파장 선택 편광 장치(508)를 통과할 수 있고, 파장 선택 편광 장치(508)는 직교 편광의 2개의 빔들을 생성할 수 있다. 파장 선택 편광 장치(508)는 예를 들어 광음향 편광 장치 또는 스펙트로미터일 수 있다.
그 다음, 직교 편광의 2개의 빔이 광학 시스템(500)의 2개의 개별 광학 암들을 통해 이동할 수 있다. 제 1 빔(512)은 제 1 미러(502)로부터 반사되어, 제 1 렌즈(528)를 통과하여, 시준되거나 거의 시준된 광 빔을 생성할 수 있다. 제 2 빔(516)은 제 2 미러(524)에서 반사되어, 제 2 렌즈(532), 조리개(536), 및 제 3 렌즈(540)를 통과할 수 있으며, 여기서 렌즈들(532, 540)은 쾰러 조명을 생성하기 위한 적절한 설계를 갖는다. 일 예에서, 제 1 빔(512)은 샘플(552)의 입사 평면에 대해 p-편광을 가질 수 있는 한편, 제 2 빔(516)은 샘플(552)의 입사 평면에 대해 s-편광을 가질 수 있다. 조리개(536)는 제 4 렌즈(556)의 후방 초점 거리로부터 적절한 거리를 유지하도록 렌즈들(532, 540) 사이에 그리고 제 4 렌즈(556)와 관련하여 위치된다. 따라서, 제 1 빔(512)은 p-편광 상태에서의 시준된 빔으로 유지될 수 있는 한편, 제 2 빔(516)은 s-편광 상태에서의 쾰러 조명으로 유지될 수 있다.
그 다음, 제 2 빔(516)이 제 3 미러(548)에서 반사될 수 있으며, 그 후에 빔들(512, 516)이 재결합되어 편광 빔 스플리터(544)에서 동축으로 만들어질 수 있으며, 제 1 빔(512)은 편광 빔 스플리터(544)를 투과하는 반면, 제 2 빔(516)은 편광 빔 스플리터(544)로부터 반사될 수 있다.
편광 빔 스플리터(544)를 통해 동축으로 만들어진 빔들(512, 516)은 인터페로미트릭 셀(549)로 송신될 수 있다. 이 실시예에서 인터페로미트릭 셀(549)은 측정 암(555)이 제 4 렌즈(556)를 포함하는 리닉 타입이며, 여기서 제 4 렌즈(556)는 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)와 샘플(552) 사이에 유지되고, 레퍼런스 암(565)은 제 5 렌즈(564)를 포함하며, 여기서 제 5 렌즈(564)는 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)와 플랫 미러(568) 사이에 유지된다. 측정 암(555) 및 레퍼런스 암(565)은 샘플(552)의 존재로 인해 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)에서 생성되는 간섭 패턴들을 최대화하도록 구성될 수 있다. 렌즈들(556, 564)은 대물 렌즈일 수 있으며, 엘립소미트릭 신호를 향상시키도록 선택되는 NA를 가질 수 있다. 바람직하게는, 측정 암(555)의 제 4 렌즈(556) 및 레퍼런스 암(565)의 제 5 렌즈(564)는 공통된 광학 특성들(예를 들면, 매칭된 NA들)을 갖는다.
인터페로미트릭 셀(549)은 빔들(512, 516)을 수신하도록 구성될 수 있으며, 그 후에 빔들(512, 516)은 각각 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)를 통해 반사 및 투과할 수 있다. 2개의 빔들(512, 516) 각각은 레퍼런스 암(565)을 통한 제 1 투과 레벨로 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)를 통해 투과할 수 있고, 측정 암(555)을 통한 제 2 반사 레벨로 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)로부터 반사될 수 있다. 50/50 빔 스플리터가 선택되어, 인터페로미트릭 셀의 두 암들 사이의 광출력 균형을 맞출 수 있지만, 샘플의 특징들을 포함하도록 다른 조합이 선택될 수도 있다. 레퍼런스 암(565)에서는, 빔들(512, 516)이 제 5 렌즈(564)를 통과하고, 플랫 미러(568)로부터 반사되어, 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)로 되돌아갈 수 있다. 플랫 미러(568)의 표면은 평탄도가 사전 보정된 허용 오차 내에 있도록 특성화될 수 있다. 측정 암(555)에서는, 빔들(512, 516)이 제 4 렌즈(556)를 통해 투과하여(제 4 렌즈(556)가 제 1 빔(512)의 시준된 광을 샘플(552) 상의 스폿으로 포커싱함), 샘플(552)로부터 산란 및/또는 반사할 수 있다. 일 예에서, 샘플(552) 상의 제 1 빔(512)의 스폿의 크기는 제 4 렌즈(556)의 회절 한계에 있을 수 있다. 빔들(512, 516)과 샘플(552)의 상호 작용에 의해 제 1 빔(512) 및 제 2 빔(516) 각각의 편광이 선형 편광으로부터 변화될 수 있으며, 여기서 편광 변화의 양은 샘플(552)의 광학 특성들에 따라 달라진다. 그 다음, 플랫 미러(568)로부터 반사되는 레퍼런스 암(565)의 빔들(512, 516), 및 측정 암(555)의 샘플(552)로부터 산란 및/또는 반사되는 빔들(512, 516)이, 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)에서 유사한 편광 상태들과 간섭할 수 있다.
그 다음, 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)에서 간섭한 빔들(512, 516)이 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)를 더 투과하고, 제 2 비-편광 빔 스플리터(572)에 충돌할 수 있다. 그 다음, 이 광은 제 2 비-편광 빔 스플리터(572)에 의해 제 1 검출 암(575)으로 반사될 수 있으며, 여기서 제 1 검출 암(575)은 제 6 렌즈(580) 및 제 1 센서(584)를 포함한다. 도 3 내지 도 4의 광학 시스템들(300, 400) 각각과 대조적으로, 제 1 검출 암(575)은 p-편광된 광을 필터링하기 위해 제 2 비-편광 빔 스플리터(572)와 제 6 렌즈(580) 사이에 위치되는 고정 편광기(576)를 선택적으로 포함할 수 있으며; 고정 편광기(576)를 통과하는 광은 시준된 빔의 작은 부분으로 대부분 쾰러 조명을 포함할 수 있다. 그 다음, 고정 편광기(576)를 통해 필터링되는 쾰러 조명이 제 6 렌즈(580)에 의해 포커싱되어, 제 1 센서(584)로 송신될 수 있고; 렌즈(580)를 통과하는 시준된 광은 제 1 센서(584)에 포커싱되지 않게 된다. 이 광은 또한 제 2 비-편광 빔 스플리터(572)를 통해 제 2 검출 암(585)으로 투과될 수 있으며, 여기서 제 2 검출 암은 제 7 렌즈(592) 및 제 2 센서(596)를 포함한다. 도 3 내지 도 4의 광학 시스템들(300, 400) 각각과 대조적으로, 제 2 검출 암(585)은 제 2 비-편광 빔 스플리터(572)와 제 7 렌즈(592) 사이에 위치되는 회전 편광기(588)를 포함할 수 있다. 그 다음, 회전 편광기(588)는 동공 평면(557)의 편광 상태들에 대한 추가 정보를 얻기 위해 회전될 수 있다. 회전 편광기(588)를 통해 필터링되는 시준된 광은 제 7 렌즈(592)에 의해 포커싱되어, 제 2 센서(596)로 송신될 수 있고; 렌즈(592)를 통과하는 임의의 쾰러 조명은 제 2 센서(596)에 포커싱되지 않게 된다. 센서들(584, 596)은 예를 들어 CCD 카메라일 수 있으며, 수신되는 신호들을, 처리 유닛을 포함할 수 있는 제어기(597)로 송신할 수 있다.
제 1 센서(584)에서 획득되는 광 신호는 제 1 비-편광 빔 스플리터(560)에서 s-편광된 광의 간섭에 의한 인터페로미트릭 신호일 수 있으며, 제 6 렌즈(580)는 초점 평면(558)에서 샘플(552)로부터 광을 수집할 수 있다. 편광 장치(508)의 파장의 스캐닝을 통해, 제 1 센서(584)에서 수신되는 간섭 신호의 변조가 획득될 수 있다. 제 1 센서(584)에서 수신되는 인터페로미트릭 신호의 일부가 시준된 빔으로 인한 것일 수 있지만, 시준된 빔의 기여는 인터페로미트릭 신호의 간섭 무늬에서 배경 신호로서 역할을 하여, 간섭 무늬 대비를 줄일 수 있고, 빔들(512, 516)의 다른 광학 경로 설계로 인해 쾰러 조명과 상호 작용하지 않을 수 있다.
제 2 센서(596)에서 획득되는 광 신호는 회전 편광기(588)의 편광 축을 따른 편광된 광의 엘립소미트릭 신호일 수 있으며, 제 7 렌즈(592)는 동공 평면(557)으로부터 광을 수집할 수 있다. 회전 편광기(588)의 회전은 동공 평면(557)의 모든 편광 상태를 샘플링할 수 있고, 도 3 내지 도 4의 광학 시스템들(300, 400) 각각과 비교하여 추가적인 엘립소미트릭 데이터를 제공할 수 있다. 편광 장치(508)의 파장의 스캐닝을 통해, 제 2 센서(596)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 변조가 획득될 수 있다. 엘립소미트릭 신호는 샘플(552)과 광의 상호 작용으로 인해 생성되는 p-편광된 광과 s-편광된 광 사이의 위상 차인 파장 종속 엘립소미트릭 위상을 측정할 수 있다. 제 2 센서(596)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 일부가 쾰러 조명으로 인한 것일 수 있지만, 이것은 제 2 센서(596)에 포커싱되지 않을 것이며 따라서 엘립소미트릭 신호에서 아웃 포커스 배경에 기여할 수 있다.
그 다음, 제 1 센서(584) 및 제 2 센서(596)에서 수신되는 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들 각각이 제어기(597)에 의해서 분석되고, 회귀를 통해 샘플(552)의 광학적 응답을 설명하는 일반화된 모델로 피팅될 수 있다. 인터페로미트릭 신호 및 엘립소미트릭 신호가 순차적으로 또는 동시에 회귀될 수 있으며, 회귀 프로세스는 측정과 동시에 발생할 수 있다. 대안적으로, 회귀 프로세스는 실제 측정 이전에 발생할 수 있고, 룩업 테이블들이 이후에 사용되어, 특성들을 식별할 수 있다. 룩업 테이블들과 회귀 프로세스의 조합을 사용하여, 샘플(552)의 원하는 특성들을 확인할 수 있다.
도 6은 샘플(652)의 동시 편광, 다중-파장 마이크로스코피 및 엘립소미트리를 위한 광학 시스템(600)의 제 4 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 샘플(652)은 박막, 예를 들어 리소그래피적으로 패턴화된 피처들 위에 데포지션되는 다층 박막을 포함할 수 있으며, 편광된 광학 신호는 파장의 함수로서 제 1 편광의 쾰러 조명으로 샘플(652)을 이미징하는 것을 통해 획득될 수 있는 한편, 동공 평면(657) 내의 파장 및 각도 위치의 함수로서 제 2 편광의 시준된 광 신호를 이미징하는 것을 통해 제 2 편광의 엘립소미트릭 신호가 획득될 수 있다.
광학 시스템(600)은 광대역 광을 생성하는 광원(604)을 포함할 수 있다. 광원(604)은 예를 들어 백색광 스펙트럼을 생성할 수 있는 할로겐 램프일 수 있다. 그 다음, 광원(604)으로부터의 광은 직교 편광의 2개의 빔들을 생성할 수 있는 편광 장치(608)를 통과할 수 있다. 편광 장치(608)는 예를 들어 광음향 편광 장치 또는 스펙트로미터일 수 있다.
그 다음, 직교 편광의 2개의 빔이 광학 시스템(600)의 2개의 개별 광학 암들을 통해 이동할 수 있다. 제 1 빔(612)은 제 1 미러(602)로부터 반사되어, 제 1 렌즈(628)를 통과하여, 시준되거나 거의 시준된 광 빔을 생성할 수 있다. 제 2 빔(616)은 제 2 미러(624)로부터 반사되어, 제 2 렌즈(632), 조리개(636), 및 제 3 렌즈(640)를 통과할 수 있으며, 여기서 렌즈들(632, 640)은 쾰러 조명을 생성하기 위한 적절한 설계이다. 조리개(636)는 제 4 렌즈(656)의 후방 초점 거리로부터 적절한 거리를 유지하도록 렌즈들(632, 640) 사이에 그리고 제 4 렌즈(656)와 관련하여 위치될 수 있다. 따라서, 제 1 빔(612)은 선형 편광 상태에서의 시준된 빔으로서 유지될 수 있는 한편, 제 2 빔(616)은 직교 선형 편광 상태에서의 쾰러 조명으로서 유지될 수 있다.
그 다음, 제 2 빔(616)이 제 3 미러(448)로부터 반사될 수 있으며, 그 다음, 빔들(612, 616)이 재결합되어, 편광 빔 스플리터(644)에서 동축으로 만들어질 수 있으며, 여기서 제 1 빔(612)은 편광 빔 스플리터(644)를 통해 투과하는 반면, 제 2 빔(616)은 편광 빔 스플리터(644)로부터 반사될 수 있다.
그 다음, 편광 빔 스플리터(644)에서 동축으로 만들어진 빔들(612, 616)이 인터페로미트릭 셀(649)로 송신될 수 있다. 이 실시예에서 인터페로미트릭 셀(649)은 측정 암(655)이 제 4 렌즈(656)를 포함하는 리닉 타입이며, 여기서 제 4 렌즈(656)는 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)와 샘플(652) 사이에 유지되고, 레퍼런스 암(665)은 제 5 렌즈(664)를 포함하며, 여기서 제 5 렌즈(664)는 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)와 플랫 미러(668) 사이에 유지된다. 측정 암(655) 및 레퍼런스 암(665)은 간섭 패턴이 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)에서 생성될 수 있도록 하기 위해, 샘플(652)이 존재하지 않을 때 최적의 광학 경로 길이를 유지하도록 구성될 수 있다. 그러나, 도 3 및 도 5의 광학 시스템들(300, 500) 각각과 대조적으로, 광학 시스템(600)은 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)와 제 5 렌즈(664) 사이에 위치되는 레퍼런스 암(665)에 광학 초퍼(663)를 포함할 수 있다. 광학 초퍼(663)는 고정 주파수로 회전할 수 있으며, 측정 암(655)에서 빔들(612, 616)을 주기적으로 차단하여, 측정 암(655)의 광과 레퍼런스 암(665)의 광 사이의 간섭을 제거하는 역할을 할 수 있다. 렌즈들(656, 664)은 대물 렌즈일 수 있고, 엘립소미트릭 신호를 향상시키도록 선택되는 NA를 가질 수 있다. 바람직하게는, 측정 암(655)의 제 4 렌즈(656)와 레퍼런스 암(665)의 제 5 렌즈(664)는 공통된 광학 특성들(예를 들면, 매칭된 NA들)을 갖는다.
인터페로미트릭 셀(649)은 빔들(612, 616)을 수신하도록 구성될 수 있으며, 빔들(612, 616) 각각은 비-편광 빔 스플리터(460)를 통해 반사 및 투과할 수 있다. 2개의 빔들(612, 616) 각각은 레퍼런스 암(665)을 통한 제 1 투과 레벨로 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)를 통해 투과할 수 있고, 측정 암(655)을 통한 제 2 반사 레벨로 비-편광 빔 스플리터(460)로부터 반사될 수 있다. 50/50 빔 스플리터가 선택되어, 인터페로미트릭 셀의 두 암들 사이의 광출력 균형을 맞출 수 있지만, 샘플의 특징들을 포함하도록 다른 조합이 선택될 수도 있다. 레퍼런스 암(665)에서는, 빔들(612, 616)이 제 5 렌즈(664)를 통과하고, 플랫 미러(668)로부터 반사되어, 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)로 되돌아갈 수 있다. 플랫 미러(668)의 표면은 표면 평탄도가 사전 보정된 허용 오차 내에 있도록 특성화될 수 있다. 측정 암(655)에서는, 빔들(612, 616)이 제 4 렌즈(656)를 통해 투과하여(제 4 렌즈(656)가 제 1 빔(612)의 시준된 광을 샘플(652) 상의 스폿에 포커싱함), 샘플(652)로부터 산란 및/또는 반사한다. 일 예에서, 샘플(652) 상의 제 1 빔(612)의 스폿의 크기는 제 4 렌즈(656)의 회절 한계에 있을 수 있다. 빔들(612, 616)과 샘플(652)의 상호 작용은 순수한 선형 편광 상태로부터 제 1 빔(612) 및 제 2 빔(616) 각각의 편광의 변화를 야기할 수 있으며, 변화량은 샘플(652)의 광학적 특성들에 따라 달라진다. 그 다음, 플랫 미러(668)에 반사되는 레퍼런스 암(665)의 빔들(612, 616), 및 측정 암(655)의 샘플(652)로부터 산란 및/또는 반사하는 빔들(612, 616)이, 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)에서 재결합할 수 있다.
그 다음, 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)에서 간섭된 빔들(612, 616)이 제 1 비-편광 빔 스플리터(660)를 통해 더 투과하고, 제 2 비-편광 빔 스플리터(672)에 충돌할 수 있다. 그 다음, 이 광은 제 2 비-편광 빔 스플리터(672)에 의해 제 1 검출 암(675)으로 반사될 수 있으며, 여기서 제 1 검출 암(675)은 제 6 렌즈(680) 및 제 1 센서(684)를 포함한다. 도 3 내지 도 4의 광학 시스템들(300, 400) 각각과 대조적으로, 제 1 검출 암(675)은 광의 특정 편광 상태를 필터링하기 위해 제 2 비-편광 빔 스플리터(672)와 제 6 렌즈(680) 사이에 위치되는 고정 편광기(676)를 선택적으로 포함할 수 있으며; 고정 편광기(676)를 통과한 광은 시준된 빔의 작은 부분으로 대부분 쾰러 조명을 포함할 수 있다. 그 다음, 고정 편광기(676)를 통해 필터링되는 쾰러 조명이 제 6 렌즈(680)에 의해 제 1 센서(684)에 포커싱될 수 있다. 이 광은 또한 제 2 비-편광 빔 스플리터(672)를 통해 제 2 검출 암(685)으로 투과될 수 있으며, 여기서 제 2 검출 암(685)은 제 7 렌즈(692) 및 제 2 센서(696)를 포함한다. 도 3 내지 도 4의 광학 시스템들(300, 400) 각각과 대조적으로, 제 2 검출 암(685)은 제 2 비-편광 빔 스플리터(672)와 제 7 렌즈(692) 사이에 위치되는 회전 편광기(688)를 포함할 수 있다. 그 다음, 회전 편광기(688)가 동공 평면(657)의 편광 상태에 대한 추가 정보를 얻기 위해 회전될 수 있다. 회전 편광기(688)를 통해 필터링되는 광은 제 7 렌즈(692)에 의해 제 2 센서(696)에 포커싱될 수 있다. 센서들(684, 696)은 예를 들어 CCD 카메라일 수 있으며, 수신되는 신호를, 처리 유닛을 포함할 수 있는 제어기(697)로 송신할 수 있다.
광학 초퍼(663)의 도입에 의한 간섭 제거로 인해, 제 1 검출 암(675)은 선형 편광에 대한 다중-파장 편광 현미경의 기능을 할 수 있고, 함수 파장으로서 제 1 센서(684)에서 샘플(652)의 이미징을 허용한다. 제 6 렌즈(680)는 샘플(652)로부터 획득되는 광을 초점 평면(658)에 포커싱할 수 있다. 파장 편광 장치(608)의 스캐닝을 통해, 제 1 센서(684)에서 수신되는 신호의 변조가 획득될 수 있다.
제 2 센서(696)에서 획득되는 광 신호는 회전 편광기(688)의 편광 축을 따른 편광된 광의 엘립소미트릭 신호일 수 있으며, 제 7 렌즈(692)는 동공 평면(657)으로부터의 광을 포커싱한다. 편광기(688)의 회전은 동공 평면(657)의 모든 편광들의 샘플링을 가능하게 할 수 있으며, 도 3 내지 도 4의 광학 시스템들(300, 400) 각각과 비교하여 추가적인 엘립소미트릭 데이터를 제공할 수 있다. 편광 장치(608)의 파장의 스캐닝을 통해, 제 2 센서(696)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 변조가 획득될 수 있다. 엘립소미트릭 신호는 샘플(652)과 광의 상호 작용으로 인해 생성되는, 파장 및 각도 종속 엘립소미트릭 위상을 측정할 수 있다. 제 2 센서(696)에서 수신되는 엘립소미트릭 신호의 일부가 쾰러 조명으로 인한 것일 수 있고, 엘립소미트릭 신호에 대한 배경에 기여할 수 있지만, 쾰러 조명이 아닌 시준된 광이 제 2 센서(696)에 포커싱될 것이다. 또한, 광학 초퍼(663)에 의한 간섭 제거로 인해, 엘립소미트릭 신호의 모델링이 단순화될 수 있다.
그 다음, 제 1 센서(684) 및 제 2 센서(696)에서 수신되는 광학 신호 및 엘립소미트릭 신호 각각이 제어기(697)에 의해서 분석되고, 회귀를 통해 샘플(652)의 광학 응답을 설명하는 일반화된 모델로 피팅될 수 있다. 광학 신호 및 엘립소미트릭 신호는 순차적으로 또는 동시에 회귀될 수 있으며, 회귀 프로세스는 측정과 동시에 발생할 수 있다. 대안적으로, 회귀 프로세스는 실제 측정 이전에 발생할 수 있고, 룩업 테이블들이 이후에 사용되어 특성들을 식별할 수 있다. 룩업 테이블들과 회귀 프로세스의 조합을 사용하여, 샘플(662)의 원하는 특성들을 확인할 수 있다. 또한, 광학 시스템(600)의 이미징 능력들은 간섭이 존재할 때(광학 초퍼(663)가 비활성화될 때) 검출 암들(675, 685)에서 수신되는 광학 신호들 대 간섭이 존재하지 않을 때(광학 초퍼(663)가 활성화될 때) 검출 암들(675, 685)에서 수신되는 광학 신호들의 비교를 통해 향상될 수 있다.
이러한 방식으로, 도 5의 광학 시스템(500) 및 도 6의 광학 시스템(600) 모두는, 대물 렌즈의 동공 평면의 광, 및 대물 렌즈의 초점 평면의 광의 편광 상태들을 동시에 이미징하여 샘플을 이미징하기 위한 광학 시스템들의 예들을 각각 제공할 수 있다. 도 5의 광학 시스템(500) 및 도 6의 광학 시스템(600) 모두는, 2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 편광된 광을 방출하도록 구성되는 광대역 광원, 편광 상태들을 결합 및 분할하도록 구성되는 복수의 빔 스플리터들, 레퍼런스 암 및 측정 암을 포함하는 인터페로미트릭 셀, 대물 렌즈와 이미징할 샘플을 포함하는 레퍼런스 암, 미리 정의된 위치들에 편광된 광을 포커싱하도록 구성되는 복수의 렌즈들, 대물 렌즈의 초점 평면에서 광을 검출하도록 구성되는 제 1 검출 암, 및 대물 렌즈의 동공 평면에서 광의 편광 상태들을 검출하는 회전 분석기를 포함하는 제 2 검출 암을 각각 포함할 수 있다. 도 3의 광학 시스템(300) 및 도 4의 광학 시스템(400)은 제 1 편광의 인터페로미트릭 신호들 및 제 2 직교 평광의 엘립소미트릭 신호들을 이미징하도록 각각 구성되고, 제 1 편광 및 제 2 편광 각각이 고정되는 반면, 도 5의 광학 시스템(500) 및 도 6의 광학 시스템(600) 모두는 각도의 함수로서 동공 평면에서 엘립소미트릭 신호의 편광 상태들을 이미징하도록 구성되어, 동공 평면에서 쾰러 조명의 편광 상태들의 직접 이미징을 허용한다.
도 7은 도 3의 광학 시스템(300)으로부터 동시 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들을 획득하기 위한 방법(700)을 나타낸다. 방법(700)은 본 명세서에서 그리고 도 3과 관련하여 설명되는 시스템을 참조하여 설명될 것이지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 유사한 방법들이 다른 시스템에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 방법(700)은 제어기(397)에서 수행될 수 있으며, 비일시적 메모리에 저장될 수 있다. 방법(700)을 수행하기 위한 명령어들이, 도 3을 참조하여 전술한 센서들과 같은 광학 시스템의 센서들로부터 수신되는 신호들과 함께 제어기(397)에 의해 실행될 수 있다. 제어기는 후술하는 방법에 따라, 광학 시스템의 액추에이터들을 사용하여 광학 시스템의 동작을 조정할 수 있다.
710에서, 방법(700)은 광원(예를 들면, 도 3의 광원(304))으로부터의 광을, 편광 장치(예를 들면, 도 3의 편광 장치(308))를 통해 통과시킬 수 있다. 편광 장치는 2개의 교차-편광된 빔들을 생성할 수 있다. 일 예에서, 교차-편광된 빔들은 선형 편광된 광(예를 들면, 도 3의 샘플(352))을 갖는 제 1 빔(예를 들면, 도 3의 제 1 빔(312)), 및 제 1 빔에 직교하는 선형 편광된 광의 제 2 빔(예를 들면, 도 3의 제 2 빔(316))을 포함할 수 있다.
720에서, 방법(700)은 제 1 센서(예를 들면, 도 3의 제 1 센서(380))에서 수신되는 인터페로미트릭 신호들을 수집하고 분석할 수 있다. 제 1 빔 및 제 2 빔은 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이 광학 시스템을 통과할 수 있으며, 제 1 센서에서 수신되는 인터페로미트릭 신호를 생성할 수 있다. 제 1 센서에서 수신되는 신호는 프로세서(예를 들면, 도 3의 제어기(397)의 프로세서)를 통해 A/D 변환을 거칠 수 있다. 그 다음, 프로세서는 인터페로미트릭 신호를 일반화된 모델로 피팅하여 샘플 두께의 데이터를 생성하기 위해, 포스트 프로세싱 신호(post-processed signal)에 대한 회귀를 수행할 수 있다. 회귀(regression)는 제 1 센서에서의 신호 측정과 동시에 수행되며, 파장에 대해 회귀할 수 있다. 대안적으로, 회귀는 측정 전에 수행될 수 있으며, 샘플의 두께의 데이터를 얻기 위해, 프로세서의 비일시적 메모리에 저장되어 있는 값들의 룩업 테이블과 포스트 프로세싱 신호가 비교될 수 있다. 일 예에서, 제 1 센서로부터 수신되는 신호는 노출 시간에 걸쳐 시간 평균화될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 센서로부터 수신되는 신호가 실시간으로 업데이트되어, 제 1 센서의 각 샘플링 주기에 대한 별도의 데이터 세트를 생성할 수 있다.
730에서, 방법(700)은 제 2 센서(예를 들면, 도 3의 제 2 센서(388))에서 수신되는 엘립소미트릭 신호를 수집하고 분석할 수 있다. 제 1 빔 및 제 2 빔은 도 3과 관련하여 설명되는 바와 같이 광학 시스템을 통과할 수 있고, 제 2 센서에서 수신될 엘립소미트릭 신호를 생성할 수 있다. 제 2 센서에서 수신되는 신호는 프로세서를 통해 A/D 변환을 거칠 수 있다. 그 다음, 프로세서는 엘립소미트릭 신호를 일반화된 모델에 피팅함으로써 샘플의 토포그래피 데이터를 생성하기 위해, 포스트 프로세싱 신호에 대한 회귀를 수행할 수 있다. 회귀는 제 2 센서에서의 신호 측정과 동시에 수행되며, 각도 및 파장에 대해 회귀할 수 있다. 대안적으로, 회귀는 측정 이전에 수행될 수 있으며, 샘플의 토포그래피 데이터를 획득하기 위해 프로세서의 비일시적 메모리에 저장된 값들의 룩업 테이블과 포스트 프로세싱 신호가 비교될 수 있다. 일 예에서, 제 2 센서로부터 수신되는 신호는 노출 시간에 걸쳐 시간 평균화될 수 있다. 다른 예에서, 제 2 센서로부터 수신되는 신호가 실시간으로 업데이트되어, 제 1 센서의 각 샘플링 주기 대한 별도의 데이터 세트를 생성할 수 있다. 730 이후에, 방법(700)이 종료될 수 있다.
도 8은 도 4의 광학 시스템(400)으로부터 동시 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들을 획득하기 위한 방법(800)을 나타낸다. 방법(800)은 본 명세서에서 그리고 도 4와 관련하여 설명되는 시스템을 참조하여 설명될 것이지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 유사한 방법들이 다른 시스템들에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 방법(800)은 제어기(497)에서 수행될 수 있으며, 비일시적 메모리에 저장될 수 있다. 방법(800)을 수행하기 위한 명령어들이, 도 4를 참조하여 전술한 센서들과 같은 광학 시스템의 센서들로부터 수신되는 신호들과 함께 제어기(497)에 의해 실행될 수 있다. 제어기는 후술하는 방법에 따라, 광학 시스템의 액추에이터들을 사용하여 광학 시스템의 동작을 조정할 수 있다.
810에서, 방법(800)은 광원(예를 들면, 도 4의 광원(404))으로부터의 광을 편광 장치(예를 들면, 도 4의 편광 장치(408))를 통해 통과시킬 수 있다. 편광 장치는 2개의 교차-편광된 빔들을 생성할 수 있다. 일 예에서, 교차-편광된 빔들은 선형 편광된 광(예를 들면, 도 4의 샘플(452))을 갖는 제 1 빔(예를 들면, 도 4의 제 1 빔(412)), 및 제 1 빔에 직교하는 선형 편광을 갖는 제 2 빔(예를 들면, 도 4의 제 2 빔(416))을 포함할 수 있다.
820에서, 방법(800)은 광학 시스템으로부터의 광학 신호의 간섭을 제거하기 위해 광학 초퍼(예를 들면, 도 4의 광학 초퍼(463))를 활성화할 수 있다. 광학 초퍼는 광학 시스템의 제 1 센서(예를 들면, 도 4의 제 1 센서(480)), 및 제 2 센서(예를 들면, 도 4의 제 2 센서(488))에서 수신되는 신호들의 간섭을 제거하여, 제 1 센서에서 수신되는 신호를 샘플의 편광된 광학 현미경 신호로 효과적으로 전환시키는 역할을 할 수 있다.
830에서, 방법(800)은 제 1 센서(예를 들면, 도 4의 제 1 센서(480))에서 수신되는 편광된 광학 신호들을 수집하고 분석할 수 있다. 제 1 빔 및 제 2 빔은 도 4와 관련하여 설명되는 바와 같이 광학 시스템을 통과할 수 있으며, 제 1 센서에서 수신되는 편광된 광학 신호를 생성할 수 있다. 제 1 센서에서 수신되는 신호는 프로세서(예를 들면, 도 4의 제어기(497)의 프로세서)를 통해 A/D 변환을 거칠 수 있고, 파장의 함수로서 샘플의 편광된 광학 현미경 데이터를 제공할 수 있다. 일 예에서, 제 1 센서로부터 수신되는 신호는 노출 시간에 걸쳐 시간 평균화될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 센서로부터 수신되는 신호가 실시간으로 업데이트되어, 제 1 센서의 각 샘플링 주기에 대한 별도의 데이터 세트를 생성할 수 있다.
840에서, 방법(800)은 제 2 센서(예를 들면, 도 4의 제 2 센서(488))에서 수신되는 엘립소미트릭 신호들를 수집하고 분석할 수 있다. 제 1 빔 및 제 2 빔은 도 4와 관련하여 설명되는 바와 같이 광학 시스템을 통과할 수 있으며, 제 2 센서에서 수신되는 엘립소미트릭 신호를 생성할 수 있다. 제 2 센서에서 수신되는 신호는 프로세서를 통해 A/D 변환을 거칠 수 있다. 그 다음, 프로세서는 엘립소미트릭 신호를 일반화된 모델에 피팅함으로써 샘플의 토포그래피 데이터를 생성하기 위해, 포스트 프로세싱 신호에 대한 회귀를 수행할 수 있다. 제 2 센서에서 수신되는 신호에 간섭이 없기 때문에 모델이 단순화될 수 있다. 회귀는 제 2 센서에서의 신호 측정과 동시에 수행되며, 각도 및 파장에 대해 회귀할 수 있다. 대안적으로, 회귀는 측정 이전에 수행될 수 있으며, 샘플의 토포그래피 데이터를 획득하기 위해 프로세서의 비일시적 메모리에 저장된 값들의 룩업 테이블과 포스트 프로세싱 신호가 비교될 수 있다. 일 예에서, 제 2 센서로부터 수신되는 신호는 노출 시간에 걸쳐 시간 평균화될 수 있다. 다른 예에서, 제 2 센서로부터 수신되는 신호가 실시간으로 업데이트되어, 제 1 센서의 각 샘플링 주기에 대한 별도의 데이터 세트를 생성할 수 있다. 840에 이어, 그 다음, 방법(800)이 종료될 수 있다.
이러한 방식으로, 도 7의 방법(700) 및 도 8의 방법(800) 각각은 광학 시스템들(예를 들면, 도 3의 광학 시스템(300) 및 도 4의 광학 시스템(400) 각각)에 대한 방법들을 제공할 수 있으며, 이에 의해 광학 시스템들 각각은 직교 편광의 편광된 광의 2개의 빔들로 편광될 광대역 광원을 통해 광을 비추고, 복수의 빔 스플리터들을 통해 직교 편광들을 결합 및 분할하고, 레퍼런스 암 및 측정 암을 포함하는 인터페로미트릭 셀을 통해 2개의 빔들로부터의 광을 간섭하고 측정 암에는 대물 렌즈 및 이미징될 샘플이 포함되며, 미리 정의된 위치들에서 복수의 렌즈들을 통해 편광된 광을 포커싱하고, 프로세서를 통해 제 1 검출 암의 제 1 센서로부터 제 1 세트의 광 검출 신호들을 수신하고 제 2 검출 암의 제 2 센서로부터 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신하며, 상이한 데이터 분석 모드들이 프로세서의 데이터 수집 시스템을 통해 프로세서에서 수신되는 제 1 세트의 광 검출 신호들 및 제 2 세트의 광 검출 신호들에 사용될 수 있도록 한다. 도 3의 광학 시스템(300)과 대조적으로, 도 4의 광학 시스템(400)은 레퍼런스 암의 광 신호들을 변조할 수 있는 인터페로미트릭 셀의 레퍼런스 암에 광학 초퍼를 포함할 수 있다.
데이터 분석 모드들은 광학 초퍼가 일정한 주파수로 회전할 수 있는 도 8의 방법(800)에 채용되는 제 1 모드를 포함할 수 있으며, 프로세서는 제 1 편광의 광학 현미경 신호들로서 제 1 센서로부터 제 1 세트의 광 검출 신호들을 수신할 수 있고, 프로세서는 제 2 편광의 간섭 없는 엘립소미트릭 신호들로서 제 2 센서로부터 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신할 수 있다. 도 7의 방법(700)에 채용되는 제 2 모드는 광학 초퍼에 의한 레퍼런스 암의 광의 변조를 포함하지 않을 수 있으며, 여기서 프로세서는 제 1 편광의 인터페로미트릭 신호들로서 제 1 센서로부터 제 1 세트의 광 검출 신호들, 및 제 2 편광의 엘립소미트릭 신호들로서 제 2 센서로부터 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신할 수 있다.
도 9는 도 5의 광학 시스템으로부터 동시 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들을 획득하기 위한 방법(900)을 나타낸다. 방법(900)은 본 명세서에서 그리고 도 5와 관련하여 설명되는 시스템을 참조하여 설명될 것이지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 유사한 방법들이 다른 시스템들에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 방법(900)이 수행될 수 있고, 제어기(597)에서 비일시적 메모리에 저장될 수 있다. 방법(900)을 수행하기 위한 명령어들이, 도 9를 참조하여 전술한 센서와 같은 광학 시스템의 센서들로부터 수신되는 신호와 함께 제어기(597)에 의해 실행될 수 있다. 제어기는 후술하는 방법에 따라 광학 시스템의 액추에이터들을 사용하여 광학 시스템의 동작을 조정할 수 있다.
910에서, 방법(900)은 광원(예를 들면, 도 5의 광원(504))으로부터의 광을, 편광 장치(예를 들면, 도 5의 편광 장치(508))를 통해 통과시킬 수 있다. 편광 장치는 2개의 교차-편광된 빔을 생성할 수 있다. 일 예에서, 교차-편광 빔들은 선형 편광된 광(예를 들면, 도 5의 샘플(552))을 갖는 제 1 빔(예를 들면, 도 5의 제 1 빔(512)), 및 제 1 빔에 직교하는 선형 편광된 광을 갖는 제 2 빔(예를 들면, 도 5의 제 2 빔(516))을 포함할 수 있다.
920에서, 방법(900)은 분석기(예를 들면, 도 5의 회전 편광기(588))를 회전시킬 수 있다. 일 예에서, 회전 분석기는 제어기를 통해 고정 주파수로 회전될 수 있다. 다른 예에서, 회전 분석기는 이산 편광 각도들로 고정되도록 수동으로 또는 제어기를 통해 조정될 수 있다.
930에서, 방법(900)은 제 1 센서(예를 들면, 도 5의 제 1 센서(584))에서 수신되는 인터페로미트릭 신호들을 수집하고 분석할 수 있다. 제 1 빔 및 제 2 빔은 도 5와 관련하여 설명되는 바와 같이 광학 시스템을 통과할 수 있고, 제 1 센서에서 수신되는 인터페로미트릭 신호를 생성할 수 있다. 제 1 센서에서 수신되는 신호는 프로세서(예를 들면, 도 5의 제어기(597)의 프로세서)를 통해 A/D 변환을 거칠 수 있다. 그 다음, 프로세서는 인터페로미트릭 신호를 일반화된 모델에 피팅함으로써 샘플 두께의 데이터를 생성하기 위해, 포스트 프로세싱 신호에 대한 회귀를 수행할 수 있다. 회귀는 제 1 센서에서의 신호 측정과 동시에 수행되며, 각도 및 파장에 대해 회귀할 수 있다. 대안적으로, 회귀는 측정 이전에 수행될 수 있으며, 포스트 프로세싱 신호는 샘플 두께의 데이터를 획득하기 위해 프로세서의 비일시적 메모리에 저장되어 있는 값들의 룩업 테이블들과 비교될 수 있다. 일 예에서, 제 1 센서로부터 수신되는 신호는 노출 시간에 걸쳐 시간 평균화될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 센서로부터 수신되는 신호가 실시간으로 업데이트되어, 제 1 센서의 각 샘플링 주기에 대한 별도의 데이터 세트를 생성할 수 있다.
940에서, 방법(900)은 회전 분석기의 회전 각도의 함수로서 제 2 센서(예를 들면, 도 5의 제 2 센서(596))에서 수신되는 엘립소미트릭 신호들을 수집하고 분석할 수 있다. 제 1 빔 및 제 2 빔은 도 5와 관련하여 설명되는 바와 같이 광학 시스템을 통과할 수 있고, 제 2 센서에서 수신될 엘립소미트릭 신호를 생성할 수 있다. 제 2 센서에서 수신되는 신호는 프로세서를 통해 A/D 변환을 거칠 수 있다. 그 다음, 프로세서는 엘립소미트릭 신호를 일반화된 모델에 피팅함으로써 샘플의 토포그래피 데이터를 생성하기 위해, 포스트 프로세싱 신호에 대한 회귀를 수행할 수 있다. 회귀는 제 2 센서에서 신호의 측정과 동시에 수행되어, 각도, 회전하는 편광기의 방향 각도 및 파장에 대해 회귀할 수 있다. 대안적으로, 회귀는 측정 이전에 수행될 수 있으며, 샘플의 토포그래피 데이터를 획득하기 위해 프로세서의 비일시적 메모리에 저장되어 있는 값들의 룩업 테이블과 포스트 프로세싱 신호가 비교될 수 있다. 일 예에서, 제 2 센서로부터 수신되는 신호는 노출 시간에 걸쳐 시간 평균화될 수 있다. 이것은 예를 들어 회전 분석기가 불연속적인 각도로 배치되는 경우 수행될 수 있다. 다른 예에서, 제 2 센서로부터 수신되는 신호가 실시간으로 업데이트되어, 제 1 센서의 각 샘플링 주기에 대한 별도의 데이터 세트를 생성할 수 있다. 이것은 예를 들어 회전 분석기가 일정한 주파수로 회전하는 경우 수행될 수 있다. 940 이후에, 방법(900)이 종료될 수 있다.
도 10은 도 6의 광학 시스템으로부터 동시 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들을 획득하기 위한 방법(1000)을 나타낸다. 방법(1000)은 본 명세서에 그리고 도 6과 관련하여 설명되는 시스템을 참조하여 설명될 것이지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 유사한 방법들이 다른 시스템들에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 방법(1000)이 수행될 수 있고, 제어기(697)에서 비일시적 메모리에 저장될 수 있다. 방법(1000)을 수행하기 위한 명령들이 도 10을 참조하여 전술한 센서들과 같은 광학 시스템의 센서들로부터 수신되는 신호들과 함께 제어기(697)에 의해 실행될 수 있다. 제어기는 후술하는 방법에 따라, 광학 시스템의 액추에이터들을 사용하여 광학 시스템의 동작을 조정할 수 있다.
1010에서, 방법(1000)은 광원(예를 들면, 도 6의 광원(604))으로부터의 광을, 편광 장치(예를 들면, 도 6의 편광 장치(608))를 통해 통과시킬 수 있다. 일 예에서, 교차-편광 빔들은 선형 편광된 광(예를 들면, 도 6의 샘플(652))의 제 1 빔(예를 들면, 도 6의 제 1 빔(612)) 및 제 1 빔에 직교하는 선형 편광된 광을 갖는 제 2 빔(예를 들면, 도 6의 제 2 빔(616))을 포함할 수 있다.
1020에서, 방법(1000)은 회전 분석기(예를 들면, 도 6의 회전 편광기(688))를 회전시킬 수 있다. 일 예에서, 회전 분석기는 제어기를 통해 고정 주파수로 회전될 수 있다. 다른 예에서, 회전 분석기는 이산 편광 각도로 고정되도록 수동으로 또는 제어기를 통해 조정될 수 있다.
1030에서, 방법(1000)은 광학 시스템에서 광학 신호들의 간섭을 제거하기 위해 광학 초퍼(예를 들면, 도 6의 광학 초퍼(663))를 활성화할 수 있다. 광학 초퍼는 광학 시스템의 제 1 센서(예를 들면, 도 6의 제 1 센서(684)) 및 제 2 센서(예를 들면, 도 6의 제 2 센서(696))에서 수신되는 신호들의 간섭을 제거하여, 제 1 센서에서 수신되는 신호를 샘플의 편광된 광학 현미경 신호로 효과적으로 전환하는 역할을 할 수 있다.
1040에서, 방법(1000)은 제 1 센서(예를 들면, 도 6의 제 1 센서(684))에서 수신되는 인터페로미트릭 신호들을 수집하고 분석할 수 있다. 제 1 빔 및 제 2 빔은 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이 광학 시스템을 통과할 수 있으며, 제 1 센서에서 수신되는 편광된 광학 신호를 생성할 수 있다. 제 1 센서에서 수신되는 신호는 프로세서(예를 들면, 도 6의 제어기(697)의 프로세서)를 통해 A/D 변환을 거칠 수 있고, 파장의 함수로서 샘플의 광학적으로 편광된 데이터를 제공할 수 있다. 일 예에서, 제 1 센서로부터 수신되는 신호는 노출 시간에 걸쳐 시간 평균화될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 센서로부터 수신되는 신호가 실시간으로 업데이트되어, 제 1 센서의 각 샘플링 주기에 대한 별도의 데이터 세트를 생성할 수 있다.
1050에서, 방법(1000)은 회전 분석기의 회전 각도의 함수로서 제 2 센서(예를 들면, 도 6의 제 2 센서(696))에서 수신되는 엘립소미트릭 신호들을 수집하고 분석할 수 있다. 제 1 빔 및 제 2 빔은 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이 광학 시스템을 통과할 수 있으며, 제 2 센서에서 수신될 엘립소미트릭 신호를 생성할 수 있다. 제 2 센서에서 수신되는 신호는 프로세서를 통해 A/D 변환을 거칠 수 있다. 그 다음, 프로세서는 엘립소미트릭 신호를 일반화된 모델에 피팅함으로써 샘플의 토포그래피 데이터를 생성하기 위해, 포스트 프로세싱 신호에 대한 회귀를 수행할 수 있다. 제 2 센서에서 수신되는 신호에 간섭이 없기 때문에 모델이 단순화될 수 있다. 회귀는 제 2 센서에서 신호의 측정과 동시에 수행되어, 각도, 회전하는 편광기의 방향 각도 및 파장에 대해 회귀할 수 있다. 대안적으로, 회귀는 측정 이전에 수행될 수 있으며, 샘플의 토포그래피 데이터를 획득하기 위해 프로세서의 비일시적 메모리에 저장되어 있는 값들의 룩업 테이블과 포스트 프로세싱 신호가 비교될 수 있다. 일 예에서, 제 2 센서로부터 수신되는 신호는 노출 시간에 걸쳐 시간 평균화될 수 있다. 이것은 예를 들어 회전 분석기가 불연속적인 각도로 배치되는 경우 수행될 수 있다. 다른 예에서, 제 2 센서로부터 수신되는 신호가 실시간으로 업데이트되어, 제 1 센서의 각 샘플링 주기에 대한 별도의 데이터 세트를 생성할 수 있다. 이것은 예를 들어 회전 분석기가 일정한 주파수로 회전되는 경우에 수행될 수 있다. 1050 이후에, 방법(1000)이 종료될 수 있다.
이러한 방식으로, 도 3 내지 도 6의 광학 시스템들은 샘플의 동시 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 정보를 획득하기 위해 활용될 수 있다. 샘플의 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들을 동시에 측정하는 기술적 효과는 샘플을 기계적으로 이동하고/하거나 광학 시스템에서 컴포넌트들을 추가/제거하지 않고 샘플의 막 두께 및 토포그래피 특성들을 동시에 획득하는 것이다. 달리 말하면, 샘플의 막 두께 및 토포그래피 특성이 동시 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 측정을 통해 획득되면서, 샘플을 정지 위치에 유지할 수 있고/있거나, 광학 시스템에서 컴포넌트들을 추가 또는 제거하지 않는다. 도 4 내지 도 6의 광학 시스템들은 더 많은 이미징 기능들을 위한 추가적인 피처들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 6의 광학 시스템들에 광학 초퍼를 추가하면, 수신된 신호들에서 사용자-제어 적용/간섭 제거를 허용하여, 샘플의 추가 특성화를 위해 비-간섭 신호 및 간섭 신호의 비교를 허용할 수 있다. 또한, 도 5 내지 도 6의 광학 시스템들은 회전 편광기를 포함할 수 있어, 동공 평면에서 광의 편광 상태들을 추가로 특성화할 수 있다. 단일 광학 시스템 내에서 동시 엘립소미트릭 및 인터페로미트릭 기능들을 가능하게 함으로써, 샘플의 광학적 특성화는 더 적은 부동 파라미터들을 사용하여 엘립소미트릭 및 인터페로미트릭 측정을 위한 일반화된 모델에 맞춤을 통해 단순화할 수 있다. 단일 광학 시스템 내에서 동시 엘립소미트릭 및 인터페로미트릭 기능들은 또한 샘플의 광학 특성화 동안 소요되는 시간을 줄여 샘플의 광학적 특성들의 보다 효율적인 특성화를 허용할 수 있다.
본 개시는 동시 인터페로미트리 및 엘립소미트리를 위한 광학 시스템에 대한 지원을 제공하며, 다음을 포함한다: 2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 편광을 방출하도록 구성되는 광대역 광원, 2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 편광된 광을 결합 및 분할하도록 구성되는 복수의 빔 스플리터들, 샘플의 표면과 관련하여 편광된 광으로부터 간섭 패턴들을 생성하도록 구성되는 인터페로미트릭 셀, 미리 정의된 위치들에 편광된 광을 포커싱하도록 구성되는 복수의 렌즈들, 및 각도 및 파장의 함수로서 편광된 광을 분석하도록 구성되는 복수의 검출기들. 시스템의 제 1 예에서, 광대역 광원은 광 음향 장치에 의해 편광될 광을 송신하거나, 또는 제 1 편광의 제 1 빔, 및 제 1 편광에 직교하는 제 2 편광의 제 2 빔을 생성하기 위한 편광 빔 스플리터 및 스펙트로미터를 송신하도록 구성된다. 시스템의 제 2 예에서, 제 1 예를 선택적으로 포함하며, 복수의 렌즈들은 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈를 포함하고, 여기서 제 1 빔은 제 1 미러로부터 반사되어 제 1 빔을 시준하는 제 1 렌즈를 통해 투과되고, 여기서 제 2 빔은 제 2 미러로부터 반사되고, 제 2 렌즈를 통해 투과되고, 조리개를 통과하고, 제 3 렌즈를 통해 투과되며, 여기서 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈의 설계 및 조리개의 위치는 제 2 빔에서 쾰러 조명을 생성하는 데 적합하다. 선택적으로 제 1 예 및 제 2 예 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 시스템의 제 3 예에서, 시스템은 다음을 더 포함한다: 제 1 편광 빔 스플리터, 여기서 제 1 렌즈를 통해 투과된 이후, 시준된 제 1 빔은 제 1 편광 빔 스플리터를 통해 투과되고, 이에 의해 제 1 편광 빔 스플리터에 의해 반사되는 제 2 빔에서 생성되는 쾰러 조명과 동축이 된다. 시스템의 제 4 예에서, 선택적으로 제 1 내지 제 3 예들 중 하나 이상 또는 각각을 포함하고, 인터페로미트릭 셀은 제 1 빔 및 제 2 빔으로부터 입사광을 수신하도록 구성되고, 제 1 편광 빔 스플리터, 복수의 렌즈들 중 제 4 렌즈를 포함하는 측정 암 및 샘플을 각각 포함하며, 여기서 제 4 렌즈는 편광 빔 스플리터와 샘플 사이에 위치되고, 레퍼런스 암은 복수의 렌즈들 중 제 5 렌즈 및 제 3 미러를 포함하며, 여기서 제 5 렌즈는 편광 빔 스플리터와 제 3 미러 사이에 위치된다. 시스템의 제 5 예에서, 제 1 내지 제 4 예들 중 하나 이상 또는 각각을 선택적으로 포함하고, 인터페로미트릭 셀은 레퍼런스 암을 통한 제 1 투과 레벨 및 측정 암을 통한 제 2 반사 레벨을 갖는 비-편광 빔 스플리터를 통해 제 1 빔 및 제 2 빔 각각을 통과시키도록 구성되며, 여기서 레퍼런스 암 및 측정 암 각각으로부터의 입사광이 재결합되어 비-편광 빔 스플리터에서 간섭한다. 시스템의 제 6 예에서, 제 1 내지 제 5 예들 중 하나 이상 또는 각각을 선택적으로 포함하고, 제 4 렌즈는 제 1 빔의 비-편광 빔 스플리터로부터의 입사광을, 샘플의 표면 상의 시준된 광의 제 1 스폿 아래로 포커싱하며, 여기서 제 4 렌즈는 제 2 빔의 비-편광 빔 스플리터로부터, 샘플의 표면 상의 균일한 쾰러 조명의 제 2 스폿으로, 발산하는 광을 렌더링하며, 제 2 스폿의 크기는 제 1 스폿의 크기보다 크다. 시스템의 제 7 예에서, 제 1 내지 제 6 예들 중 하나 이상 또는 각각을 선택적으로 포함하며, 시스템은 다음을 더 포함한다: 비-편광 빔 스플리터로부터 방출되는 제 1 빔 및 제 2 빔의 간섭 광을 수신하도록 구성되는 제 2 편광 빔 스플리터, 복수의 렌즈들 중 제 6 렌즈 및 제 1 검출기를 포함하는 제 1 검출 암, 및 복수의 렌즈들 중 제 7 렌즈 및 제 2 검출기를 포함하는 제 2 검출 암. 제 1 검출기 및 제 2 검출기는 프로세서와 통신한다. 시스템의 제 8 예에서, 선택적으로 제 1 내지 제 7 예들 중 하나 이상 또는 각각을 포함하며, 제 1 검출 암은 제 1 검출기에 광을 포커싱하는 제 6 렌즈를 통해 제 2 편광의 간섭된 광을 수신하도록 구성되고, 제 2 검출 암은 제 7 렌즈를 통해 제 1 편광의 간섭 광을 수신하여 제 2 검출기에 광을 포커싱하도록 구성된다. 본 개시는 또한 대물 렌즈의 동공 평면의 광 및 대물 렌즈의 초점 평면의 광의 편광 상태들을 동시에 이미징함으로써, 샘플을 이미징하기 위한 광학 시스템에 대한 지원을 제공하며, 광학 시스템은 다음을 포함한다: 2개의 직교 편광 상태로 편광된 편광을 방출하도록 구성되는 광대역 광원, 편광 상태를 결합 및 분할하도록 구성되는 복수의 빔 스플리터들, 레퍼런스 암 및 측정 암을 포함하는 인터페로미트릭 셀, 대물 렌즈 및 이미징될 샘플을 포함하는 레퍼런스 암, 미리 정의된 위치에 편광된 광을 포커싱하도록 구성되는 복수의 렌즈들, 대물 렌즈의 초점 평면에서 광을 검출하도록 구성되는 제 1 검출 암, 및 대물 렌즈의 동공 평면에서 광의 편광 상태들을 검출하도록 구성되는 회전 분석기를 포함하는 제 2 검출 암. 시스템의 제 1 예에서, 복수의 렌즈들은 광의 시준된 빔을 생성하도록 구성되는 제 1 렌즈, 쾰러 조명을 생성하도록 구성되는 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈, 대물 렌즈인 측정 암의 제 4 렌즈, 레퍼런스 암인 제 5 렌즈, 제 1 검출 암의 제 6 렌즈 및 제 2 검출 암의 제 7 렌즈를 포함한다. 시스템의 제 2 예에서, 제 1 예를 선택적으로 포함하며, 시스템은 다음을 더 포함한다: 제 1 검출 암은 고정 편광기 및 제 6 렌즈를 포함하는 데, 제 6 렌즈는 제 1 검출기에서 검출된 제 1 편광의 쾰러 조명을 분해하도록 구성됨, 제 2 검출 암은 회전 분석기 및 제 7 렌즈를 구성하는 데, 제 7 렌즈는 제 2 검출기에서 검출될 회전 분석기의 편광 축과 정렬되는 편광의 시준된 광을 분해하도록 구성됨. 시스템의 제 3 예에서, 제 1 및 제 2 예들 중 하나 또는 둘다를 선택적으로 포함하며, 회전 분석기는 제 1 조건 및 제 2 조건에서 동작하도록 구성되며, 이에 의해 제 1 조건에서 회전 분석기는 편광 축의 하나 이상의 이산 위치들과 정렬되는 축을 따라 동공 평면으로부터 광을 송신하고, 제 2 조건에서 회전 분석기는 일정한 주파수에서 편광 축을 회전시킴으로써 동공 평면으로부터 광을 이미징한다. 시스템의 제 4 예에서, 제 1 내지 제 3 예들 중 하나 이상 또는 각각을 선택적으로 포함하며, 제 2 검출기에서 검출되는 회전 분석기의 편광 축과 정렬되는 편광의 시준된 광의 신호는 동공 평면의 편광 상태들의 모델 없이 각도의 함수로서 분석된다.
본 개시는 또한 광학 시스템을 위한 방법에 대한 지원을 제공하며, 다음을 포함한다: 편광될 광대역 광원으로부터의 광을, 직교 편광들의 편광된 광의 2개의 빔들로 송신하는 단계, 복수의 빔 스플리터들을 통해 직교 편광들을 결합 및 분할하는 단계, 레퍼런스 암 및 측정 암을 통해 인터페로미트릭 셀에서 2개의 빔들 각각으로부터의 광을 간섭하는 단계(측정 암은 대물 렌즈를 포함하고 샘플은 이미징됨), 미리 정의된 위치들에서 복수의 렌즈들을 통해 편광된 광을 포커싱하는 단계, 광학 시스템의 인터페로미트릭 셀의 레퍼런스 암의 광학 초퍼를 통해, 레퍼런스 암의 광 신호들을 변조하는 단계, 제 1 검출 암의 제 1 센서로부터 제 1 세트의 광 검출 신호들, 및 프로세스에서 제 2 검출 암의 제 2 센서로부터 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신하는 단계, 및 데이터 수집 시스템을 포함하는 프로세서를 통해 수신되는 제 1 세트의 광 검출 신호들 및 제 2 세트의 광 검출 신호들에 대해 상이한 데이터 분석 모드가 사용될 수 있도록 하는 단계. 방법의 제 1 예에서, 데이터 분석 모드들은 광학 초퍼가 일정한 주파수로 회전하는 제 1 모드를 포함하며, 프로세서는 제 1 편광의 광학 현미경 신호들로서 제 1 센서로부터 제 1 세트의 광 검출 신호들을 수신하고, 프로세서는 제 2 편광, 및 광학 초퍼가 오프 상태에 잇는 제 2 모드의 간섭 없이, 엘립소미트릭 신호들로서 제 2 센서로부터 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신하며, 프로세서는 제 1 편광의 인터페로미트릭 신호들로서 제 1 센서로부터 제 1 세트의 광 검출 신호들을 수신하고, 프로세서는 제 2 편광의 엘립소미트릭 신호들로서 제 2 센서로부터 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신한다. 방법의 제 2 예에서, 제 1 예를 선택적으로 포함하며, 광학 초퍼의 회전은 프로세스의 데이터 수집 시스템과 동기화된다. 방법의 제 3 예에서, 제 1 및 제 2 예들 중 하나 또는 둘다를 선택적으로 포함하며, 제 1 모드에서, 프로세서의 데이터 수집 시스템은 제 1 편광의 인터페로미트릭 신호들 및 제 2 편광의 엘립소미트릭 신호들에 대해 순차적으로 또는 동시에 공동으로 회귀하도록 구성된다. 방법의 제 4 예에서, 제 1 내지 제 3 예들 중 하나 이상 또는 각각을 선택적으로 포함하며, 제 1 편광의 인터페로미트릭 신호들 및 제 2 편광의 엘립소미트릭 신호들에 대한 회귀는 샘플의 막 두께 및 토포그래피를 설명하기 위해 일반화된 모델에 맞춰진다. 방법의 제 5 예에서, 제 1 내지 제 4 예들 중 하나 이상 또는 각각을 선택적으로 포함하며, 제 1 세트의 광 검출 신호들은 제 1 모드 및 제 2 모드 하에서 비교되고, 제 2 세트의 광 검출 신호들은 제 1 모드 및 제 2 모드 하에서 비교된다.
개시된 양태는 일부 경우에 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 개시된 양태는 또한 하나 이상의 프로세서에 의해 판독 및 실행될 수 있는 하나 이상의 또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 의해 운반되거나 저장되는 명령들로서 구현될 수 있다. 이러한 명령들은 컴퓨터 프로그램 제품이라고 할 수 있다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨팅 장치에 의해 액세스될 수 있는 임의의 매체를 의미한다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있다.
추가로, 이 서면 설명은 특정 기능을 참조한다. 본 명세서의 개시 내용은 이러한 특정 특징의 모든 가능한 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 특징이 특정 양태의 맥락에서 개시되는 경우, 그 특징은 또한 가능한 범위 내에서 다른 양태들의 맥락에서 사용될 수 있다.
또한, 본 출원에서 2개 이상의 정의된 단계들 또는 동작들을 갖는 방법에 대한 참조가 이루어질 때, 정의된 단계들 또는 동작들은 문맥이 그러한 가능성을 배제하지 않는 한 임의의 순서로 또는 동시에 수행될 수 있다.
또한, 용어 "포함하다" 및 그 문법적 등가물은 다른 구성 요소, 특징, 단계, 프로세스, 동작 등이 선택적으로 존재한다는 것을 나타내기 위해 본 개시에서 사용된다. 예를 들어, 구성 요소 A, B 및 C를 "포함하는" 또는 "구성하는" 물품은 구성 요소 A, B 및 C만을 포함할 수 있거나 하나 이상의 다른 구성 요소와 함께 구성 요소 A, B 및 C를 포함할 수 있다.
또한, "우측" 및 "좌측"과 같은 방향은 편의상 도면에 제공된 다이어그램을 참조하여 사용된다. 그러나 개시된 주제는 실제 사용 또는 상이한 구현들에서 다수의 배향을 가질 수 있다. 따라서, 도면에서 수직, 수평, 우측 또는 좌측인 특징은 모든 구현에서 동일한 배향 또는 방향을 갖지 않을 수도 있다.
예시된 실시예들을 참조하여 본 발명의 원리를 설명하고 예시하였지만, 예시된 실시예들은 이러한 원리들에서 벗어나지 않고 구성 및 세부 사항이 수정될 수도 있고 임의의 원하는 방식으로 결합될 수도 있음을 인식할 것이다. 그리고 전술한 논의가 특정 실시예들에 초점을 맞추고 있지만, 다른 구성들도 상정된다.
특히, "본 발명의 실시예에 따라" 등과 같은 표현이 본 명세서에서 사용되더라도, 이러한 문구는 일반적으로 실시예의 가능성을 언급하기 위한 것으로, 본 발명을 특정 실시예 구성으로 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용되는 이들 용어는 다른 실시예들로 결합될 수 있는 동일하거나 상이한 실시예들을 참조할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 예시의 목적으로 예시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의한 경우를 제외하고는 제한되어서는 안 된다.
Claims (20)
- 동시 인터페로미트리(interferometry) 및 엘립소미트리(ellipsometry)를 위한 광학 시스템으로서,
2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 편광(polarized light)을 방출하도록 구성되는 광대역 광원;
상기 2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 상기 편광을 결합 및 분할하도록 구성되는 복수의 빔 스플리터들;
샘플의 표면에 대해 상기 편광으로부터 간섭 패턴들을 생성하도록 구성되는 인터페로미트릭 셀(interferometric cell);
미리 정의된 위치들에 상기 편광을 포커싱하도록 구성되는 복수의 렌즈들; 및
각도 및 파장의 함수로서 상기 편광을 분석하도록 구성되는 복수의 검출기들
을 포함하는, 광학 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광대역 광원은 제 1 편광의 제 1 빔 및 상기 제 1 편광과 직교하는 제 2 편광의 제 2 빔을 생성하기 위해 광음향 장치 또는 편광 빔 스플리터 및 스펙트로미터에 의해 편광될 광을 송신하도록 구성되는, 광학 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 렌즈들은 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 빔은 제 1 미러에서 반사되어 상기 제 1 빔을 시준하는 제 1 렌즈를 통해 투과되고, 상기 제 2 빔은 제 2 미러에서 반사되고, 제 2 렌즈를 통해 투과되고, 조리개를 통과하여, 제 3 렌즈를 통해 투과되며, 상기 제 2 렌즈와 상기 제 3 렌즈의 설계 및 상기 조리개의 위치는 상기 제 2 빔에서 쾰러 조명(Koehler illumination)을 생성하는 데 적합한 것인, 광학 시스템. - 제 3 항에 있어서,
제 1 편광 빔 스플리터를 더 포함하며, 시준된 상기 제 1 빔이 상기 제 1 렌즈를 통해 투과된 이후에, 상기 제 1 편광 빔 스플리터를 통해 투과됨으로써, 상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해 반사되는 상기 제 2 빔으로부터 생성되는 상기 쾰러 조명과 동축으로 되는, 광학 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 인터페로미트릭 셀은 상기 제 1 빔 및 상기 제 2 빔으로부터 입사광을 수신하도록 구성되고, 제 1 편광 빔 스플리터, 상기 복수의 렌즈들 중의 제 4 렌즈를 포함하는 측정 암(measurement arm) 및 상기 샘플 각각을 포함하며, 상기 제 4 렌즈는 상기 편광 빔 스플리터와 상기 샘플 사이에 위치되고, 레퍼런스 암(reference arm)이 상기 복수의 렌즈들 중의 제 5 렌즈 및 제 3 미러를 포함하고, 상기 제 5 렌즈는 상기 편광 빔 스플리터와 상기 제 3 미러 사이에 위치되는, 광학 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 인터페로미트릭 셀은 상기 레퍼런스 암을 통한 제 1 투과 레벨 및 상기 측정 암을 통한 제 2 반사 레벨을 갖는 비-편광 빔 스플리터를 통해 상기 제 1 빔 및 상기 제 2 빔 각각을 통과시키도록 구성되며, 또한 상기 레퍼런스 암 및 상기 측정 암 각각으로부터의 입사광이 재결합되어 상기 비-편광 빔 스플리터에서 간섭하는, 광학 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 4 렌즈는 상기 제 1 빔의 상기 비-편광 빔 스플리터로부터 입사되는 광을 상기 샘플의 표면 상의 시준되는 광의 제 1 스폿으로 포커싱하며, 또한 상기 제 4 렌즈는 상기 제 2 빔의 상기 비-편광 빔 스플리터로부터 발산되는 광을 상기 샘플의 표면 상의 균일한 쾰러 조명의 제 2 스폿으로 렌더링하고, 상기 제 2 스폿의 크기는 상기 제 1 스폿의 크기보다 큰, 광학 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 비-편광 빔 스플리터로부터 방사되는 상기 제 1 빔 및 상기 제 2 빔의 간섭 광을 수신하도록 구성되는 제 2 편광 빔 스플리터, 상기 복수의 렌즈들 중의 제 6 렌즈와 제 1 검출기로 구성되는 제 1 검출 암, 및 상기 복수의 렌즈들 중의 제 7 렌즈와 제 2 검출기로 구성되는 제 2 검출 암을 더 포함하며, 상기 제 1 검출기 및 상기 제 2 검출기는 프로세서와 통신하는, 광학 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 검출 암은 상기 제 1 검출기 상으로 광을 포커싱하는 상기 제 6 렌즈를 통해 상기 제 2 편광의 상기 간섭 광을 수신하도록 구성되고, 상기 제 2 검출 암은 상기 제 2 검출기 상으로 광을 포커싱하는 상기 제 7 렌즈를 통해 상기 제 1 편광의 상기 간섭 광을 수신하도록 구성되는, 광학 시스템. - 대물 렌즈의 동공 평면에서의 광과 상기 대물 렌즈의 초점 평면에서의 광의 편광 상태들을 동시에 이미징하는 것을 통해 샘플을 이미징하기 위한 광학 시스템으로서,
2개의 직교 편광 상태들로 편광되는 편광을 방출하도록 구성되는 광대역 광원;
상기 편광 상태들을 결합 및 분할하도록 구성되는 복수의 빔 스플리터들;
레퍼런스 암 및 측정 암을 포함하는 인터페로미트릭 셀 - 상기 레퍼런스 암은 상기 대물 렌즈 및 이미징될 상기 샘플을 포함함 -;
미리 정의된 위치들에 상기 편광을 포커싱하도록 구성되는 복수의 렌즈들;
상기 대물 렌즈의 상기 초점 평면에서 광을 검출하도록 구성되는 제 1 검출 암; 및
상기 대물 렌즈의 상기 동공 평면에서 광의 편광 상태들을 검출하도록 구성되는 회전 분석기를 포함하는 제 2 검출 암
을 포함하는, 광학 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 렌즈들은 시준된 광 빔을 생성하도록 구성되는 제 1 렌즈, 쾰러 조명을 생성하도록 구성되는 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈, 대물 렌즈인 상기 측정 암의 제 4 렌즈, 상기 레퍼런스 암의 제 5 렌즈, 상기 제 1 검출 암의 제 6 렌즈, 및 상기 제 2 검출 암의 제 7 렌즈를 포함하는, 광학 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 검출 암은 고정 편광기(fixed polarizer) 및 상기 제 6 렌즈를 포함하고, 상기 제 6 렌즈는 제 1 검출기에서 검출되는 제 1 편광의 쾰러 조명을 분해하도록 구성되고, 상기 제 2 검출 암은 상기 회전 분석기 및 제 7 렌즈를 포함하고, 상기 제 7 렌즈는 제 2 검출기에서 검출되는 상기 회전 분석기의 편광 축에 맞춰 정렬되는 시준된 편광을 분해하도록 구성되는, 광학 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 회전 분석기는 제 1 조건 및 제 2 조건에서 동작함으로써, 상기 제 1 조건에서는 상기 회전 분석기가 편광 축의 하나 이상의 개별 위치들에 맞춰 정렬된 축을 따라 상기 동공 평면으로부터의 광을 송신하고, 상기 제 2 조건에서는 상기 회전 분석기가 일정한 주파수로 상기 편광 축을 회전시켜 상기 동공 평면으로부터의 광을 이미징하는, 광학 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 검출기에서 검출되는 상기 회전 분석기의 편광 축에 맞춰 정렬되는 시준된 편광의 신호는 상기 동공 평면의 상기 편광 상태들에 대한 모델 없이 각도의 함수로서 분석되는, 광학 시스템. - 광학 시스템을 위한 방법으로서,
직교 편광들의 편광의 2개의 빔으로 편광될 광대역 광원으로부터의 광을 송신하는 단계;
복수의 빔 스플리터들을 통해 상기 직교 편광들을 결합 및 분할하는 단계;
레퍼런스 암 및 측정 암을 통해 인터페로미트릭 셀에서 2개의 빔 각각으로부터의 광을 간섭시키는 단계 - 상기 측정 암은 대물 렌즈 및 이미징될 샘플을 포함함 -;
미리 정의된 위치들에서 복수의 렌즈들을 통해 편광을 포커싱하는 단계;
상기 광학 시스템의 상기 인터페로미트릭 셀의 상기 레퍼런스 암에 있는 광학 초퍼(optical chopper)를 통해 상기 레퍼런스 암에서 광 신호들을 변조하는 단계;
프로세서에서 제 1 검출 암의 제 1 센서로부터 제 1 세트의 광 검출 신호들을 수신하며 또한 제 2 검출 암의 제 2 센서로부터 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신하는 단계; 및
데이터 수집 시스템을 포함하는 상기 프로세서를 통해 수신되는 상기 제 1 세트의 광 검출 신호들 및 상기 제 2 세트의 광 검출 신호들에 대해 상이한 데이터 분석 모드들이 사용될 수 있게 하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 데이터 분석 모드들은 상기 광학 초퍼가 일정한 주파수로 회전하는 제 1 모드를 포함하며, 상기 프로세서는 제 1 편광의 광학 현미경 신호들로서 상기 제 1 센서로부터 상기 제 1 세트의 광 검출 신호들을 수신하고, 또한 상기 프로세서는 제 2 편광의 간섭이 없는 엘립소미트릭 신호들로서 상기 제 2 센서로부터 상기 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신하고, 제 2 모드에서 상기 광학 초퍼는 오프 상태에 있으며, 상기 프로세서는 상기 제 1 편광의 인터페로미트릭 신호들로서 상기 제 1 센서로부터 상기 제 1 세트의 광 검출 신호들을 수신하고, 상기 프로세서는 상기 제 2 편광의 엘립소미트릭 신호들로서 상기 제 2 센서로부터 상기 제 2 세트의 광 검출 신호들을 수신하는, 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 광학 초퍼의 회전은 상기 프로세서의 상기 데이터 수집 시스템과 동기화되는, 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 모드에서, 상기 프로세서의 상기 데이터 수집 시스템은 상기 제 1 편광의 상기 인터페로미트릭 신호들과 상기 제 2 편광의 상기 엘립소미트릭 신호들을 순차적으로 또는 동시에 공동 회귀시키도록 구성되는, 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 편광의 상기 인터페로미트릭 신호들에 대한 회귀 및 상기 제 2 편광의 상기 엘립소미트릭 신호들에 대한 회귀는, 상기 샘플의 막 두께 및 토포그래피(topography)를 기술하는 일반화된 모델로 피팅되는, 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 세트의 광 검출 신호들이 상기 제 1 모드 및 상기 제 2 모드 하에서 비교되며, 상기 제 2 세트의 광 검출 신호들이 상기 제 1 모드 및 상기 제 2 모드 하에서 비교되는, 방법.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US202163261540P | 2021-09-23 | 2021-09-23 | |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220120622A KR20230043060A (ko) | 2021-09-23 | 2022-09-23 | 다층 박막의 인터페로미트릭 및 엘립소미트릭 신호들의 동시 측정을 위한 시스템 및 방법 |
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