KR20230107585A - 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경 및 연계된 메트롤로지 방법 - Google Patents

다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경 및 연계된 메트롤로지 방법 Download PDF

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KR20230107585A
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니테시 판데이
아리에 제프리 덴 보에프
휴고 아우구스티누스 요셉 크라머
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

구조체의 관심 특성을 결정하도록 구성되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경 및 관련 메트롤로지 방법이 개시된다. 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경은 상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 조명 브랜치; 상기 구조체에 의한 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선을 캡처하는 검출 구성부; 및 조명 방사선과 기준 방사선에 의해 형성되는 간섭 패턴의 이미지를 얻기 위해 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 기준 브랜치를 포함한다. 기준 브랜치는 검출기 평면에서 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경의 관측 시야 내에서의 이미지의 콘트라스트 메트릭의 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하기 위해 기준 방사선의 특성을 변동시키도록 작동가능한 광학 요소를 갖는다.

Description

다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경 및 연계된 메트롤로지 방법
본 출원은 2020년 11월 16일에 출원된 EP 출원 20207848.1의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경법(dark field digital holographic microscopy), 특히 고속 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경법 및 집적 회로 제조 시 메트롤로지 적용들에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에 원하는 패턴을 적용시키도록 구성되는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 장치는 기판(예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)의 패턴(흔히 "디자인 레이아웃" 또는 "디자인"이라고도 함)을 투영할 수 있다.
기판 상에 패턴을 투영하기 위해, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처(feature)들의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용중인 전형적인 파장들은 365 nm(i-line), 248 nm, 193 nm 및 13.5 nm이다. 4 내지 20 nm의 범위 내의 파장, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm를 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치가 사용되어, 예를 들어 193 nm의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처들을 형성할 수 있다.
저(low)-k1 리소그래피가 리소그래피 장치의 전형적인 분해능 한계보다 작은 치수들을 갖는 피처들을 처리하는 데 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 분해능 공식은 CD = k1×λ/NA로서 표현될 수 있으며, 이때 λ는 채택되는 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학기의 개구수(numerical aperture)이며, CD는 "임계 치수"[일반적으로, 프린트되는 최소 피처 크기, 이 경우에는 반-피치(half-pitch)]이고, k1은 경험적인 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 작을수록, 특정한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위하여 회로 설계자에 의해 계획된 형상 및 치수들과 비슷한 패턴을 기판 상에 재현하기가 더 어려워진다. 이 어려움을 극복하기 위해, 정교한 미세조정 단계들이 리소그래피 투영 장치 및/또는 디자인 레이아웃에 적용될 수 있다. 이들은, 예를 들어 NA의 최적화, 커스터마이징 조명 방식(customized illumination scheme), 위상 시프팅 패터닝 디바이스들의 사용, 디자인 레이아웃에서의 광 근접 보정(optical proximity correction: OPC, 때로는 "광학 및 공정 보정"이라고도 칭함)과 같은 디자인 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기술들"(resolution enhancement techniques: RET)로 정의되는 다른 방법들을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하는 엄격한 제어 루프가 저 k1에서 패턴의 재현을 개선하는 데 사용될 수 있다.
제조 공정 동안, 제조된 구조체들을 검사하고, 및/또는 제조된 구조체들의 특성들을 측정할 필요가 있다. 적절한 검사 및 메트롤로지 장치들이 당업계에 알려져 있다. 알려진 메트롤로지 장치들 중 하나는 다크 필드 홀로그래피 현미경이다.
다크 필드 홀로그래피 현미경은 관측 시야(field of view)의 중심에 대한 위치의 함수로서 카메라에서의 캡처된 간섭 프린지(interference fringe)들의 콘트라스트 변동의 문제를 갖는다.
관측 시야 내에서 개선된 콘트라스트 응답을 갖는 다크 필드 홀로그래피 현미경을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1 실시형태에서, 구조체의 관심 특성을 결정하도록 구성되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경이 제공되며, 이는: 상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 조명 브랜치; 상기 구조체에 의한 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선(object radiation)을 캡처하는 검출 구성부; 조명 방사선과 기준 방사선(reference radiation)에 의해 형성되는 간섭 패턴의 이미지를 얻기 위해 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 기준 브랜치; 및 간섭 패턴의 세기 분포의 코히런스 기여 함수(coherence contribution function)를 곱할 때, 검출기 평면에서 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경의 관측 시야 내에서의 이미지의 콘트라스트 메트릭의 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하도록 실질적으로 평탄한 최상부를 갖는 효과적인 기준 조명 프로파일을 유도하는 최적화된 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 기준 방사선을 변조하도록 작동가능한 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소를 포함한다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 구조체의 관심 특성을 결정하는 방법이 제공되며, 이는: 상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 단계; 상기 구조체에 의한 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선을 캡처하는 단계; 조명 방사선과 기준 방사선에 의해 형성되는 간섭 패턴의 이미지를 얻기 위해 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 단계; 및 간섭 패턴의 세기 분포의 코히런스 기여 함수를 곱할 때, 검출기 평면에서 관측 시야 내에서의 이미지의 콘트라스트 메트릭의 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하도록 실질적으로 평탄한 최상부를 갖는 효과적인 기준 조명 프로파일을 유도하는 최적화된 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 기준 방사선을 변조하는 단계를 포함한다.
이제 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요도;
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요도;
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 3 가지 핵심 기술들 간의 협력을 나타내는 전체론적(holistic) 리소그래피의 개략적인 표현을 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경을 포함할 수 있는 메트롤로지 디바이스로서 사용되는 스케터로메트리 장치의 개략적인 개요도;
도 5는 본 명세서에 개시된 개념들을 사용하여 적응가능한 순차적 획득 방식으로 작동되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경의 일 예시를 개략적으로 도시하는 도면;
도 6은 본 명세서에 개시된 개념들을 사용하여 적응가능하고 병렬 획득 방식으로 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경(df-DHM)을 개략적으로 도시하는 도면;
도 7은 콘트라스트 변동의 효과를 예시하는 검출기의 관측 시야 내에서의 회절 프린지를 도시하는 도면;
도 8은 (a) 일 실시예에 따른 제 1 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경; (b) 도 8(a)의 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경의 조명 경로 렌즈 요소의 디테일; 및 (c) 도 8(a)의 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경의 기준 경로 렌즈 요소의 디테일을 개략적으로 도시하는 도면;
도 9는 도 8(c)의 광학 요소에 의해 부과되는 최적화된 분포에 대응하는 기준 빔 진폭 분포를 설명하는 제 1 플롯, 가우시안 코히런스 기여 항을 설명하는 제 2 플롯, 및 제 1 및 제 2 플롯들의 곱(product)의 조합된 플롯을 나타내는 프로파일 진폭 대 검출기 평면 위치(r)의 그래프;
도 10은 (a) 3 개의 중심 파장들에 대한 최적화된 분포에 대응하는 기준 빔 진폭 분포를 설명하는 프로파일 진폭 대 검출기 평면 위치의 그래프, (b) 3 개의 중심 파장들에 대한 가우시안 코히런스 기여 항을 설명하는 플롯, 및 (c) 3 개의 중심 파장들에 대한 도 10(a) 및 도 10(b)의 플롯들의 곱의 조합된 플롯을 포함하는 그래프;
도 11은 알려진 홀로그램 처리 방법의 흐름도;
도 12는 소스에 대한 경로 길이가 일정한 동위상면(phase front) 또는 평면에 대한 회절의 효과를 예시하는 도면;
도 13은 (a) 기준 빔 방향에 대한 관측 시야 조건을 예시하는 공간 주파수 도메인에서의 푸리에 변환 이미지, (b) 기준 빔 방향에 대한 비-중첩(non-overlap) 조건을 예시하는 공간 주파수 도메인에서의 푸리에 변환 이미지, 및 (c) 도 12(a) 및 도 12(b)에 예시된 조건들의 조합을 도시하는 도면; 및
도 14는 일 실시예에 따른 제 2 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경을 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 갖는) 자외 방사선 및 EUV(예를 들어, 약 5 내지 100 nm 범위 내의 파장을 갖는 극자외 방사선)를 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄하는 데 사용된다.
본 명세서에서 채택된 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 기판의 타겟부에 생성될 패턴에 대응하여 입사하는 방사선 빔에 패터닝된 단면을 부여하는 데 사용될 수 있는 일반적인 패터닝 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석될 수 있다. 또한, "광 밸브(light valve)"라는 용어가 이러한 맥락에서 사용될 수도 있다. 전형적인 마스크[투과형 또는 반사형, 바이너리(binary), 위상-시프팅, 하이브리드(hybrid) 등] 이외에, 다른 이러한 패터닝 디바이스의 예시들로 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 어레이를 포함한다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시한다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성되는 조명 시스템(일루미네이터라고도 함)(IL); 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 마스크 지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(T); 기판(예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판 지지체를 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 지지체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
작동 시, 조명 시스템(IL)은 예를 들어 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형, 및/또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 및/또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 일루미네이터(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔의 단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"(PS)이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 및/또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 아나모픽(anamorphic), 자기, 전자기 및/또는 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"(PS)이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
리소그래피 장치(LA)는 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 타입으로 구성될 수 있다 - 이는 침지 리소그래피라고도 한다. 침지 기술에 대한 더 많은 정보는 US6952253에서 주어지며, 이는 본 명세서에서 인용참조된다.
또한, 리소그래피 장치(LA)는 2 이상의 기판 지지체들(WT)("듀얼 스테이지"라고도 함)을 갖는 타입으로 이루어질 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 기판 지지체들(WT)이 병행하여 사용될 수 있으며, 및/또는 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W)이 기판(W) 상에 패턴을 노광하는 데 사용되고 있는 동안, 다른 기판 지지체(WT) 상의 또 다른 기판(W)에서는 다른 기판(W)의 후속한 노광의 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
기판 지지체(WT)에 추가하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 유지하도록 배치된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 속성 또는 방사선 빔(B)의 속성을 측정하도록 배치될 수 있다. 측정 스테이지는 다수 센서들을 유지할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 침지 액체를 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배치될 수 있다. 측정 스테이지는 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 멀어질 때 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.
작동 시, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스, 예를 들어 마스크(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA)에 존재하는 패턴(디자인 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커싱한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는 예를 들어 포커스 및 정렬된 위치에서 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 가능하게는 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는 데 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1, M2) 및 기판 정렬 마크들(P1, P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들(P1, P2)은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다. 기판 정렬 마크들(P1, P2)은 이들이 타겟부들(C) 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 때때로 리소셀(lithocell) 또는 (리소)클러스터라고도 칭하는 리소그래피 셀(LC)의 일부분을 형성할 수 있으며, 이는 흔히 기판(W) 상에 노광-전(pre-exposure) 및 노광-후(post-exposure) 공정들을 수행하는 장치를 포함한다. 통상적으로, 이들은 레지스트 층들을 증착시키는 스핀 코터(spin coater: SC), 노광된 레지스트를 현상하는 디벨로퍼(developer: DE), 칠 플레이트(chill plate: CH) 및, 예를 들어 기판(W)의 온도를 컨디셔닝하는, 예를 들어 레지스트 층들에서 용매를 컨디셔닝하는 베이크 플레이트(bake plate: BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트들(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)들을 집어올리고, 이들을 상이한 공정 장치 사이에서 이동시키며, 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay: LB)로 기판(W)들을 전달한다. 흔히 집합적으로 트랙이라고도 하는 리소셀 내의 디바이스들은 통상적으로, 예를 들어 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수도 있는 감독 제어 시스템(supervisory control system: SCS)에 의해 자체 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어를 받는다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)들이 올바르고 일관성있게(consistently) 노광되기 위해서는, 후속한 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 패터닝된 구조체들의 속성들을 측정하도록 기판들을 검사하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 리소셀(LC)에 검사 툴들(도시되지 않음)이 포함될 수 있다. 오차가 검출되는 경우, 특히 검사가 동일한 뱃치(batch) 또는 로트(lot)의 다른 기판(W)들이 노광 또는 처리되기 전에 행해진다면, 예를 들어 후속한 기판들의 노광에 대해 또는 기판(W)들에서 수행되어야 하는 다른 처리 단계들에 대해 조정이 수행될 수 있다.
메트롤로지 장치라고도 칭해질 수 있는 검사 장치가 기판(W)의 속성들을 결정하는 데 사용되며, 특히 상이한 기판(W)들의 속성들이 어떻게 변하는지 또는 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연계된 속성들이 층마다 어떻게 변하는지를 결정하는 데 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함들을 식별하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 또는 심지어 독립형 디바이스(stand-alone device)일 수 있다. 검사 장치는 잠상(latent image)(노광 후 레지스트 층 내의 이미지), 또는 반(semi)-잠상[노광-후 베이크 단계(PEB) 후 레지스트 층 내의 이미지], 또는 현상된 레지스트 이미지(이때, 레지스트의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분은 제거되었음), 또는 심지어 (에칭과 같은 패턴 전사 단계 후) 에칭된 이미지에 대한 속성들을 측정할 수 있다.
전형적으로, 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 공정은 기판(W) 상의 구조체들의 높은 치수 및 배치 정확성을 필요로 하는 처리에서 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이 높은 정확성을 보장하기 위해, 3 개의 시스템들이 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 소위 "전체론적" 제어 환경에서 조합될 수 있다. 이 시스템들 중 하나는 메트롤로지 툴(MT)(제 2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제 3 시스템)에 (가상으로) 연결되는 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "전체론적" 환경의 핵심은 이 3 개의 시스템들 간의 협력을 최적화하여 전체 공정 윈도우를 향상시키고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 공정 윈도우 내에 유지될 것을 보장하도록 엄격한 제어 루프를 제공하는 것이다. 공정 윈도우는 특정 제조 공정이 정의된 결과(예를 들어, 기능적 반도체 디바이스)를 산출하는 공정 파라미터들(예를 들어, 도즈, 포커스, 오버레이)의 범위를 정의한다 - 전형적으로, 이 안에서 리소그래피 공정 또는 패터닝 공정의 공정 파라미터들이 변동하게 된다.
컴퓨터 시스템(CL)은 패터닝될 디자인 레이아웃(의 일부)을 사용하여, 어느 분해능 향상 기술이 사용될지를 예측하고, 전산(computational) 리소그래피 시뮬레이션들 및 계산들을 수행하여 어느 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정들이 패터닝 공정의 가장 큰 전체 공정 윈도우를 달성하는지를 결정할 수 있다[도 3에서 제 1 스케일(SC1)의 양방향 화살표로 도시됨]. 전형적으로, 분해능 향상 기술들은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성들과 매칭하도록 배치된다. 또한, 컴퓨터 시스템(CL)은 공정 윈도우 내에서 [예를 들어, 메트롤로지 툴(MT)로부터의 입력을 사용하여] 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하고 있는 곳을 검출하여, 예를 들어 차선의 처리로 인해 결함들이 존재할 수 있는지를 예측하는 데 사용될 수 있다[도 3에서 제 2 스케일(SC2)의 "0"을 가리키는 화살표로 도시됨].
메트롤로지 툴(MT)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하기 위해 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 캘리브레이션 상태에서 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다[도 3에서 제 3 스케일(SC3)의 다수 화살표들로 도시됨].
리소그래피 공정들에서는, 예를 들어 공정 제어 및 검증(verification)을 위해, 흔히 생성되는 구조체들의 측정들을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 수행하는 툴들은 통상적으로 메트롤로지 툴(MT)이라고 한다. 이러한 측정들을 수행하는 상이한 타입들의 메트롤로지 툴들(MT)이 알려져 있으며, 스캐닝 전자 현미경 또는 다양한 형태의 스케터로미터 메트롤로지 툴들(MT)을 포함한다. 스케터로미터들은 스케터로미터의 대물렌즈의 퓨필 또는 퓨필과의 켤레면에 센서를 가짐으로써 -일반적으로, 퓨필 기반 측정들로 칭해지는 측정들- , 또는 이미지 평면 또는 이미지 평면과의 켤레면에 센서를 가짐으로써 -이 경우, 측정들은 일반적으로 이미지 또는 필드 기반 측정들로 칭해짐- , 리소그래피 공정의 파라미터들의 측정들을 허용하는 다목적 기구이다. 이러한 스케터로미터들 및 관련 측정 기술들은, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 특허 출원들 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에서 더 설명된다. 앞서 언급된 스케터로미터는 연질 x-선 및 가시광선으로부터 근적외선(near-IR) 파장 범위까지의 광을 사용하여 격자들을 측정할 수 있다.
제 1 실시예에서, 스케터로미터(MT)는 각도 분해 스케터로미터(angular resolved scatterometer)이다. 이러한 스케터로미터에서는, 재구성 방법들이 측정된 신호에 적용되어 격자의 속성들을 재구성하거나 계산할 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 타겟 구조체의 수학적 모델과 산란된 방사선의 상호작용의 시뮬레이션 및 시뮬레이션 결과들과 측정 결과들의 비교로부터 발생할 수 있다. 수학적 모델의 파라미터들은 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰되는 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.
제 2 실시예에서, 스케터로미터(MT)는 분광 스케터로미터(spectroscopic scatterometer)(MT)이다. 이러한 분광 스케터로미터(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟 상으로 지향되고, 타겟으로부터 반사 또는 산란된 방사선은 정반사된 방사선(specular reflected radiation)의 스펙트럼(즉, 파장의 함수로서 세기의 측정)을 측정하는 분광계 검출기(spectrometer detector)로 지향된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼에 의해 생성되는 타겟의 프로파일 또는 구조체는, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해, 또는 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와의 비교에 의해 재구성될 수 있다.
제 3 실시예에서, 스케터로미터(MT)는 엘립소메트릭 스케터로미터(ellipsometric scatterometer)이다. 엘립소메트릭 스케터로미터는 각각의 편광 상태들에 대해 산란된 방사선을 측정함으로써 리소그래피 공정의 파라미터들의 결정을 허용한다. 이러한 메트롤로지 장치는, 예를 들어 메트롤로지 장치의 조명 섹션에서 적절한 편광 필터들을 사용함으로써 편광된 광(예를 들어, 선형, 원형 또는 타원형)을 방출한다. 메트롤로지 장치에 적절한 소스가 편광된 방사선도 제공할 수 있다. 기존 엘립소메트릭 스케터로미터의 다양한 실시예들이, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원들 11/451,599, 11/708,678, 12/256,780, 12/486,449, 12/920,968, 12/922,587, 13/000,229, 13/033,135, 13/533,110 및 13/891,410에서 설명된다.
스케터로미터와 같은 메트롤로지 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이는 기판(W) 상으로 방사선을 투영하는 광대역(백색 광) 방사선 투영기(2)를 포함한다. 반사 또는 산란된 방사선은 정반사된 방사선의 스펙트럼(6)(즉, 파장의 함수로서 세기의 측정)을 측정하는 분광계 검출기(4)로 통과된다. 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 야기하는 프로파일(8) 또는 구조체가, 예를 들어 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비-선형 회귀에 의해, 또는 도 4의 하단에 나타낸 바와 같은 시뮬레이션된 스펙트럼들의 라이브러리와 비교함으로써, 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해 구조체의 일반적인 형태가 알려지며, 구조체가 만들어진 공정의 정보로부터 일부 파라미터들이 가정되어, 스케터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇몇 파라미터들만이 남게 된다. 이러한 스케터로미터는 수직-입사(normal-incidence) 스케터로미터 또는 경사-입사(oblique-incidence) 스케터로미터로서 구성될 수 있다.
메트롤로지 타겟의 측정을 통한 리소그래피 파라미터의 전체 측정 품질은 적어도 부분적으로 이 리소그래피 파라미터를 측정하는 데 사용되는 측정 레시피(recipe)에 의해 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 1 이상의 파라미터, 측정되는 1 이상의 패턴의 1 이상의 파라미터, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에 사용되는 측정이 회절-기반 광학 측정인 경우, 측정의 파라미터들 중 1 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 방위(orientation) 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준 중 하나는, 예를 들어 처리 변동들에 대한 측정 파라미터들 중 하나의 민감도일 수 있다. 더 많은 예시들이, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 출원 US2016-0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US2016/0370717A1에서 설명된다.
리소그래피 공정을 모니터링하기 위해, 패터닝된 기판의 파라미터들이 측정된다. 파라미터들은, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 연속 층들 간의 오버레이 오차를 포함할 수 있다. 이 측정은 제품 기판(product substrate) 및/또는 지정된 메트롤로지 타겟에서 수행될 수 있다. 리소그래피 공정 시 형성된 미세한 구조체들의 측정을 수행하기 위한, 스캐닝 전자 현미경 및 다양한 특수 툴들의 사용을 포함하는 다양한 기술들이 존재한다. 고속 및 비-침습(non-invasive) 형태의 특수 검사 툴은 스케터로미터이며, 여기서 기판 표면의 타겟 상으로 방사선 빔이 지향되고 산란 또는 반사된 빔의 속성들이 측정된다.
알려진 스케터로미터들의 예시들은 US2006033921A1 및 US2010201963A1에서 설명된 타입의 각도-분해 스케터로미터들을 포함한다. 이러한 스케터로미터들에 의해 사용되는 타겟들은 비교적 큰, 예를 들어 40㎛×40㎛ 격자들이며, 측정 빔은 격자보다 작은 스폿을 발생시킨다[즉, 격자가 언더필링(underfill)됨]. 재구성에 의한 피처 형상들의 측정 이외에도, 공개된 특허 출원 US2006066855A1에 설명된 바와 같이 이러한 장치를 사용하여 회절 기반 오버레이가 측정될 수 있다. 회절 차수들의 다크 필드 이미징을 사용한 회절-기반 오버레이 메트롤로지는 더 작은 타겟들에서 오버레이 측정들을 가능하게 한다. 다크 필드 이미징 메트롤로지의 예시들은, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 국제 특허 출원들 WO 2009/078708 및 WO 2009/106279에서 찾아볼 수 있다. 기술의 추가 개발들이 공개된 특허 공개공보들 US20110027704A, US20110043791A, US2011102753A1, US20120044470A, US20120123581A, US20130258310A, US20130271740A 및 WO2013178422A1에서 설명되었다. 이 타겟들은 조명 스폿보다 작을 수 있고, 웨이퍼 상의 제품 구조체들에 의해 둘러싸일 수 있다. 다수 격자들이 복합(composite) 격자 타겟을 이용하여 하나의 이미지에서 측정될 수 있다. 또한, 이 모든 출원들의 내용들은 본 명세서에서 인용참조된다.
회절-기반 다크 필드 메트롤로지 디바이스에서는, 방사선 빔이 메트롤로지 타겟 상으로 지향되고, 산란된 방사선의 1 이상의 속성이 측정되어 타겟의 관심 속성을 결정한다. 예를 들어, 산란된 방사선의 속성들은 (예를 들어, 파장의 함수로서) 단일 산란 각도에서의 세기 또는 산란 각도의 함수로서 1 이상의 파장에서의 세기를 포함할 수 있다.
다크 필드 메트롤로지에서의 타겟들의 측정은, 예를 들어 1차 회절의 제 1 세기(I+1) 및 -1차 회절의 제 2 세기(I-1)를 측정하고, 타겟의 비대칭을 나타내는 세기 비대칭(A = I+1 - I-1)을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 메트롤로지 타겟들은 이러한 세기 비대칭 측정들로부터 관심 파라미터가 추론될 수 있는 1 이상의 격자 구조체를 포함할 수 있으며, 예를 들어 타겟들은 타겟의 비대칭이 관심 파라미터에 따라 달라지도록 디자인된다. 예를 들어, 오버레이 메트롤로지에서 타겟은 반도체 디바이스의 상이한 층들에 패터닝되는 적어도 한 쌍의 겹쳐진 서브-격자들에 의해 형성된 적어도 하나의 복합 격자를 포함할 수 있다. 그러므로, 타겟의 비대칭은 두 층들의 정렬 및 이에 따른 오버레이에 의존할 것이다. 다른 타겟들이 노광 동안 사용되는 포커스 설정에 기초하여 상이한 정도의 변동으로 노광되는 구조체들로 형성될 수 있으며; 이 측정은 (다시 세기 비대칭을 통해) 그 포커스 설정이 다시 추론될 수 있게 한다.
본 명세서에 인용참조되는 국제 특허 출원 WO2019197117A1은 기판 상에 제조된 구조체의 특성, 예를 들어 오버레이를 결정하기 위한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경(df-DHM)에 기초한 방법 및 메트롤로지 장치를 개시하고 있다. 설명을 위해, 국제 특허 출원 WO2019197117A1의 도 3이 도 5에 복제되어 있다. 도 5는 리소그래피 공정 메트롤로지에 사용하도록 특별히 구성되는 개시된 df-DHM을 개략적으로 예시한다.
도 5의 df-DHM은 추가적인 2 개의 기준 방사선 빔들(51, 52)(기준 방사선)을 제공하는 데 사용되는 기준 광학 유닛(16, 18)을 더 포함한다. 이러한 2 개의 기준 방사선 빔들(51, 52)은 각각 산란 방사선 빔들(31, 32)(오브젝트 방사선)의 2 개의 대응하는 부분들(41, 42)과 쌍을 이룬다. 2 개의 산란-기준 빔 쌍들은 순차적으로 사용되어 2 개의 간섭 패턴들을 형성한다. 각각의 빔 쌍 내에서 두 산란-기준 빔들 간의 상대적인 광학 경로 길이 차이(OPD)를 조정하는 방식으로 코히런스 제어가 제공된다. 하지만, 두 빔 쌍들 사이에서는 코히런스 제어가 이용가능하지 않다.
단일 광 소스의 사용 및 불충분한 코히런스 제어로 인해, 4 개의 방사선 빔들, 즉 산란 방사선(31)의 제 1 부분(41), 제 1 기준 방사선(51), 산란 방사선(32)의 제 2 부분(42) 및 제 2 기준 방사선(52)은 모두 서로 코히런트(coherent)하다. 이 4 개의 서로 코히런트한 방사선 빔들이 센서(6)의 동일한 위치에 동시에 도달하게 되는 경우, 즉 병렬 획득 방식으로 작동하면, 원하는 정보를 포함하는 패턴들 및 원하지 않는 아티팩트-기여 패턴(artefact-contributing pattern)들을 포함하는 다수 간섭 패턴들이 서로 중첩될 것이다. 원하지 않는 간섭 패턴들은, 예를 들어 제 1 산란 방사선(31)의 부분(41)과 제 2 산란 방사선(32)의 부분(42) 사이의 간섭에 의해 형성될 수 있다. 중첩된 간섭 패턴들을 완전히 분리하는 것은 기술적으로 어렵고 시간 소모적이므로, 병렬 획득은 이 구성에서 비실용적이다.
도 8의 예시와 유사하게, 도 5의 예시에서의 순차적 획득 방식의 사용은 대물 렌즈의 전체 NA로 하여금 조명 및 검출 모두에 이용가능하게 한다. 하지만, 시스템은 순차적 획득으로 인해 낮은 측정 속도의 동일한 문제를 겪는다. 그러므로, 높은 측정 속도 및 높은 디자인 유연성이 동시에 얻어질 수 있도록 병렬 획득을 수행할 수 있는 df-DHM을 갖는 것이 바람직하다.
도 6은 일 실시예에 따른 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경(df-DHM)(1000)의 이미징 브랜치를 개략적으로 예시한다. 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경(df-DHM)은 이미징 브랜치 및 조명 브랜치를 포함한다. 이 실시예에서는, 기판(1050) 상의 구조체를 포함한 메트롤로지 타겟(1060)이 2 개의 조명 방사선 빔들, 즉 제 1 조명 방사선 빔(1010) 및 제 2 조명 방사선 빔(1020)에 의해 조명된다. 일 실시예에서, 이러한 2 개의 조명 빔들(1010, 1020)은 동시에 메트롤로지 타겟(1060)을 조명할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 조명 빔(1010)은 광축(OA)에 대한 제 1 방향에서 제 1 입사각으로 메트롤로지 타겟(1060)에 입사될 수 있다. 제 2 조명 빔(1020)은 광축(OA)에 대한 제 2 방향에서 제 2 입사각으로 메트롤로지 타겟(1060)에 입사될 수 있다. 제 1 조명 빔(1010)의 제 1 입사각 및 제 2 조명 빔(1020)의 제 2 입사각은 실질적으로 동일할 수 있다. 각각의 조명 빔의 입사각은, 예를 들어 70 도 내지 90 도의 범위, 50 도 내지 90 도의 범위, 30 도 내지 90 도의 범위, 10 도 내지 90 도의 범위 내에 있을 수 있다. 메트롤로지 타겟(1060)의 조명은 타겟으로부터 산란되는 방사선을 유도할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 조명 빔(1010)은 제 1 방향에 대응하여 제 1 방위각으로 메트롤로지 타겟(1060)에 입사될 수 있다. 제 2 조명 빔(1020)은 제 2 방향에 대응하여 제 2 방위각으로 메트롤로지 타겟(1060)에 입사될 수 있다. 제 1 조명 빔(1010)의 제 1 방위각 및 제 2 조명 빔(1020)의 제 2 방위각은 상이할 수 있으며; 예를 들어, 180 도 떨어진 반대 각도들이다.
메트롤로지 타겟(1060)의 구조체에 따라, 산란 방사선은 반사된 방사선, 회절된 방사선 또는 투과된 방사선을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 메트롤로지 타겟은 회절-기반 오버레이 타겟일 수 있고; 각각의 조명 빔은 적어도 하나의 비-0차 회절을 포함하는 산란 빔에 대응할 수 있다. 각각의 산란 빔은 조명된 메트롤로지 타겟의 정보를 전달한다. 예를 들어, 제 1 조명 빔(1010)은 양의 1차 회절 +1차 DF를 포함하는 제 1 산란 빔(1011)에 대응할 수 있고; 제 2 조명 빔(1020)은 음의 1차 회절 -1차 DF를 포함하는 제 2 산란 빔(1021)에 대응할 수 있다. 0차 회절 및 다른 원하지 않는 회절 차수들은 빔 차단 요소(도시되지 않음)에 의해 차단되거나 대물 렌즈(1070)의 NA를 완전히 벗어나도록 구성될 수 있다. 결과로서, df-DHM은 다크 필드 모드에서 작동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 대물 렌즈(1070)의 동일한 광학 효과를 달성하기 위해 1 이상의 광학 요소, 예를 들어 렌즈 조합이 사용될 수 있다는 것을 유의한다.
두 산란 빔들(1011, 1021)은 대물 렌즈(1070)에 의해 수집되고, 후속하여 이미지 센서(1080) 상에 다시 포커싱될 수 있다. 대물 렌즈(1070)는 다수 렌즈들을 포함할 수 있고, 및/또는 df-DHM(1000)은 2 이상의 렌즈들, 예를 들어 도 5의 예시적인 df-DHM과 유사한 대물 렌즈 및 이미징 렌즈를 갖는 렌즈 시스템을 포함하여, 두 렌즈들 사이의 대물 렌즈의 퓨필 평면 및 이미징 렌즈의 포커스에서의 이미지 평면을 정의할 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 산란 빔(1011)의 부분(1012)과 제 2 산란 빔(1021)의 부분(1022)이 이미지 센서(1080)의 공통 위치에 동시에 입사된다. 동시에, 2 개의 기준 방사선 빔들, 즉 제 1 기준 빔(1030) 및 제 2 기준 빔(1040)이 이미지 센서(1080)의 동일한 위치에 입사된다. 이러한 4 개의 빔들은 2 개의 산란 방사선 및 기준 방사선 쌍으로 그룹화될 수 있다. 예를 들어, 제 1 산란-기준 빔 쌍은 제 1 산란 빔(1011)의 부분(1012) 및 제 1 기준 빔(1030)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 산란-기준 빔 쌍은 제 2 산란 빔(1021)의 부분(1022) 및 제 2 기준 빔(1040)을 포함할 수 있다. 이 2 개의 산란-기준 빔 쌍들은 이후 공간 도메인에서 적어도 부분적으로 중첩되는 2 개의 간섭 패턴들(홀로그래피 이미지들)을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, (예를 들어, 공간 주파수 도메인에서) 2 개의 적어도 부분적으로, 공간적으로 중첩되는 간섭 패턴들을 분리하기 위해, 제 1 기준 빔(1030)은 광축(OA)에 대해 제 1 입사각을 가질 수 있고, 제 2 기준 빔(1040)은 광축(OA)에 대해 제 2 입사각을 가질 수 있으며; 제 1 입사각 및 제 2 입사각은 상이하다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제 1 기준 빔(1030)은 광축(OA)에 대해 제 1 방위각을 가질 수 있고, 제 2 기준 빔(1040)은 광축(OA)에 대해 제 2 방위각을 가질 수 있으며; 제 1 및 제 2 방위각들은 상이하다.
간섭 패턴을 생성하기 위해, 각각의 산란-기준 빔 쌍의 두 빔들은 간섭 패턴을 형성하기에 충분한 정도로 서로 적어도 부분적으로 코히런트하여야 한다. 각각의 산란 방사선 빔은 대응하는 조명 방사선에 대해 위상 오프셋을 가질 수 있다는 것을 유의한다. 예를 들어, 이미지 센서(1080)의 이미지 평면에서, 이러한 위상 오프셋은 메트롤로지 타겟(1060)으로부터 이미지 센서(1080)까지의 광학 경로 길이(OPD)로 인한, 및 메트롤로지 타겟과의 상호작용에 의한 기여들을 포함할 수 있다.
처리 유닛(1090)은 컴퓨터 시스템일 수 있다. 컴퓨터 시스템에는 푸리에 변환 수행, 각각의 개별 고차 공간 스펙트럼 추출, 푸리에 역변환 수행, 복소 필드(complex field)들의 계산 및 결과들에 기초한 구조체의 특성 결정을 포함하는 앞서 언급된 모든 작업들을 수행하는 데 사용되는 이미지 재구성 알고리즘이 구비될 수 있다.
디지털 홀로그래피 현미경에서, 프린지 콘트라스트는 검출기의 관측 시야(FOV) 전체에 걸쳐 변동된다. 이러한 변동의 주된 이유는 사용되는 광의 스펙트럼의 대역폭 때문이다. 이에 대한 이유들은: Messinis, Christos 외 "Impact of coherence length on the field of view in dark-field holographic microscopy for semiconductor metrology: theoretical and experimental comparisons" Applied Optics 59.11(2020): 3498-3507에 자세히 설명되어 있다(본 명세서에서 인용참조됨).
도 7은 이 문제를 예시하며, 검출기 평면(xw, yw 방향들로 정의됨) 및 하나의 프린지(음영처리됨, 더 어두운 구역이 더 큰 콘트라스트를 나타냄)를 나타낸다. 프린지 콘트라스트는 FOV의 중심으로부터 가장자리를 향해 (예를 들어, β를 따라) 감소한다. 프린지 콘트라스트는 위상 측정의 신호-대-잡음 비(SNR)에 정비례한다. 따라서, 위상 측정에서의 잡음은 FOV의 가장자리들에서 증가한다. 콘트라스트가 0으로 떨어지는 극단적인 가장자리들에서, 위상은 측정될 수 없다.
관측 시야 내에서의 이러한 콘트라스트 변동에 대처하는 홀로그래피 현미경 구성들이 설명될 것이다. 제안된 구성들은 검출기 평면(예를 들어, 카메라)에서 홀로그래피 현미경 장치의 FOV 내의 홀로그래피 이미지의 콘트라스트 메트릭(예를 들어, 간섭 프린지들의 프린지 콘트라스트)의 변동을 최소화하도록 기준 방사선의 특성을 변동시키는 것을 포함한다. 이는 홀로그래피 현미경 장치의 기준 브랜치에 1 이상의 적절한 광학 요소를 도입함으로써 달성될 수 있다.
제 1 주요 실시예에서, 기준 경로에서 기준 방사선을 변조하여 검출기 평면에서 평탄한 콘트라스트 응답을 (예를 들어, 소스 방사선의 조정된 코히런스 함수 또는 스펙트럼 특성과 조합하여) 부과하는 기준 브랜치 광학 요소를 사용하는 것이 제안된다. 일 실시예에서, 추가 광학 요소가 조명 경로 내에 포함되어 타겟에 평탄한 조명 프로파일을 부과할 수도 있다.
도 8(a)는 일 실시예에 따른 홀로그래피 현미경 장치의 단순화된 개략적인 도면이다. 소스 방사선(SO)은 가우시안 세기 프로파일(ISO)를 포함한다. 빔 스플리터(BS)는 이 방사선을 조명 방사선 또는 조명 빔(ILL), 및 기준 방사선 또는 기준 빔(REF)으로 나눈다. 조명 브랜치 렌즈 또는 조명 브랜치 광학 요소(Lill)가 조명 빔(ILL)에 평탄한 최상부 세기 프로파일(Iill)을 부과하고; 그 후, 이 조명 빔(ILL)은 웨이퍼(W) 내의 타겟으로 지향된다. 결과적인 산란/회절된 방사선, 오브젝트 방사선 또는 오브젝트 빔(OB)은 대물 렌즈(OL)로 표시되는 검출 구성부에 의해 캡처되어 카메라 또는 검출기(DET)로 지향된다. 기준 브랜치 렌즈 또는 기준 브랜치 광학 요소(Lref)는 기준 빔(REF)에 최적화된 세기 프로파일(Iref)을 부과하고, 이는 검출기(DET)에서 오브젝트 빔(OB)과 간섭하도록 지향된다.
디지털 홀로그램은 오브젝트 빔(OB)과 기준 빔(REF)의 간섭에 의해 형성된다. 검출기에서의 세기 분포 IDHM(x,y)는 다음과 같이 설명될 수 있다:
Figure pct00001
여기서, Iobj(x,y)는 오브젝트 빔의 세기 분포이고, Iref(x,y)는 기준 빔의 세기 분포이며, γ(x,y)는 코히런스 함수이고, φo는 오브젝트 빔의 위상 분포이며, kx 및 ky는 기준 빔의 방향 벡터들이고, x 및 y는 검출기 평면에서의 좌표이다.
마지막 항은 콘트라스트 항이며, 이는 3 개의 성분들, 즉 기준 빔의 진폭 분포
Figure pct00002
, 오브젝트 빔의 진폭 분포
Figure pct00003
, 및 코히런스 기여 γ(x,y)를 포함한다. 이 성분들은 코사인 항 cos(φo + kxx + kyy)을 변조하도록 함께 작용하여, 이들의 곱이 콘트라스트 함수를 정의하도록 한다. 콘트라스트 항(세 성분들의 곱)이 (적어도 FOV 내에서) x와 y에 걸쳐 실질적으로 평탄하도록 적어도 기준 빔의 특성들을 변동시켜, 콘트라스트가 실질적으로 평탄하도록 하는 것이 제안된다. 이러한 것으로서, 기준 브랜치 광학 요소는 간섭 패턴의 세기 분포의 코히런스 기여 함수를 곱할 때, 실질적으로 평탄한 최상부를 갖는 효과적인 기준 조명 프로파일을 유도하는 최적화된 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 기준 방사선을 변조하도록 작동가능하다.
타겟이 균질하게 조명되는 것이 바람직하기 때문에, 조명 빔(ILL)을 변조하는 데 있어 유연성이 적다. 그러므로, 일 실시예는 Iill(x,y)항을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다(즉, 적어도 타겟에서 x 및 y의 조명 변동이 거의 없도록 함). 이러한 실시예는 적어도 타겟에 대응하는 부분에 걸쳐 조명 빔(ILL)에 평탄한 최상부 프로파일을 부과하는 광학 요소(Lill)를 조명 브랜치에 제공하는 것을 포함할 수 있다.
도 8(b)는 고정된 거리에서 가우시안 소스 빔(ISO)을 포함한 소스 방사선에 대해 이러한 평탄한 최상부 응답(Iill)을 생성할 수 있는 조명 브랜치 광학 요소(Lill)의 가능한 디자인을 예시한다. 도면에서, 입력 광선 분포는 가우시안이고, 출력 분포는 평탄하다는 것을 알 수 있다. 렌즈 같은 광학 요소(Lill)는 광이 집중되는 포커스 같은 위치를 갖는다. 핀홀(PH)이 선택적으로 여기에 위치되어 빔을 더 필터링 및 평활화할 수 있다.
이 실시예에서 조명 프로파일 Iill(x,y)이 평탄하게 만들어지기 때문에(이에 따라 오브젝트 빔에 대한 콘트라스트 보상이 없음), 콘트라스트 평탄화는 콘트라스트 변동을 보상하는 기준 빔(REF)에서 최적화된 세기 분포 Iref(x,y)를 생성함으로써 수행될 것이 제안된다. 일 실시예에서, 최적화된 세기 분포 Iref(x,y)는 환형 프로파일의 직경을 통한 1D 단면을 포함하거나 이와 유사할 수 있다; 즉, 이는 (예를 들어, 분포 중심으로부터 등거리인) 분포의 각 단부에 있는 구역들(또는 주변 구역)에서 더 높은 진폭을 갖고, 진폭은 분포의 중심을 향해 점차 낮아진다. 이러한 분포는, β로 표시된 라인을 따라 FOV 내에서 도 7의 음영처리로 나타낸 분포의 역을 포함하여야 한다.
일 실시예에서, 코히런스 기여 γ(x,y)는 중심 파장에 기초하여 콘트라스트 평탄화를 조정하도록 세기 분포 Iref(x,y)와 공동-최적화되어, 콘트라스트 평탄화를 개선한다.
도 8(c)는 가우시안 소스 빔(ISO)에서 이러한 적절한 응답(Iref)을 생성할 수 있는 기준 브랜치 광학 요소(Lref)의 가능한 디자인을 예시한다. 광학 요소(Lref)는 (입력 측에서) 표면 새그(surface sag)를 갖고, 중심 광선들이 주변 광선(marginal ray)들에 앞서 포커싱되게 하는 높은 구면 수차를 제공한다. 따라서, 중심 광선들은 결국 이미지 평면의 주변부에 도달한다. 렌즈 프로파일을 최적화하기 위해, 렌즈 디자인 프로그램이 사용될 수 있다. 렌즈 프로파일은 가우시안 입력으로부터 코히런스 평탄화 형상(원하는 분포)으로 광선들을 '타겟팅(targeting)'함으로써 계산될 수 있다. 결과적인 최적화된 분포 형상은 도면에서 진폭 대 위치(x 또는 y)의 플롯으로 예시된다.
코히런스 기여 항 γ(x,y)은 가우시안 형상의 스펙트럼에 대해 가우시안 분포를 갖는다. 가우시안의 폭은 스펙트럼의 대역폭에 반비례한다. 따라서, γ(x,y)의 형상은 스펙트럼을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 이러한 것으로서, 제안된 구성 및 방법은 최적화된 세기 분포 Iref(x,y)를 위해 적절하게 스펙트럼을 조정(예를 들어, 소스 대역폭을 조정)하는 것을 더 포함할 수 있다. 대역폭의 조정은, 예를 들어 소스 방사선에 대한 조정가능한 컬러 필터 또는 AOTF(acousto-optical tunable filter)에 의해 달성될 수 있다.
도 9는 프로파일 진폭(A) 대 검출기 평면의 공간 위치(r)의 플롯이다. 제 1 플롯(Aref)은 광학 요소(Lref)에 의해 부과되는 최적화된 분포에 대응하는 기준 빔 진폭 분포(즉,
Figure pct00004
)를 설명한다. 제 2 플롯(γ)은 가우시안 코히런스 기여 항 γ(x,y)을 설명한다.
Figure pct00005
항은 가우시안 함수를 곱할 때 실질적으로 평탄한 최상부 분포를 부과하는 것을 목표로 하는 형상을 설명한다. 그 결과는 실질적으로 평탄한 또는 평탄화된 최상부를 갖는 효과적인 조명 프로파일(EFF)이다.
대역폭은 소스 방사선의 중심 파장에 따라 조정될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 도 10(a)는 3 개의 중심 파장들(λ1, λ2, λ3)에 대한 진폭 분포
Figure pct00006
대 검출기 평면의 공간 위치(r)의 플롯을 나타내며, 도 10(b)는 3 개의 중심 파장들(λ1, λ2, λ3)에 대한 코히런스 함수 γ(x,y)의 플롯을 나타낸다. 코히런스 함수 γ(x,y)(가우시안의 폭)는 중심 파장을 중심으로 대역폭을 조정함으로써 각각의 파장에 대해 변화될 수 있다. 코히런스 함수의 폭은 대역폭에 반비례한다. 도 10(c)는 렌즈에 의해 생성된 세기 분포와 코히런스 함수의 곱의 플롯이다. 그 결과는 3 개의 중심 파장들(λ1, λ2, λ3) 각각에 대한 실질적으로 평탄한 프로파일이다.
광학 요소들(Lref 및 Lill)은 각각 특별히 구성되는 렌즈들인 것으로 설명되지만, 어느 하나 또는 둘 모두에서 대안적인 요소들이 진폭 마스크와 같은 원하는 세기 분포를 얻기 위해 사용될 수 있다.
제 2 주요 실시예에서, 예를 들어 도 5 또는 도 6에 나타낸 바와 같은 메트롤로지 디바이스 내에서 구현될 수 있는 추가 (오프-액시스) 홀로그래피 현미경 장치가 설명될 것이다. 도 6의 디바이스의 경우, 2 개의 조명 빔들이 병렬로 사용된다. 이 조명 빔들은 카메라에서 각각 +1차 및 -1차 회절 이미지를 생성한다. 각각의 이미지에 대해, xz 평면에 대해 0이 아닌 각도를 갖는 상이한 기준 빔이 사용되어, 카메라에 간섭 패턴들을 생성하고, 이는 그 상이한 프린지 방향들에 의해 구별될 수 있다.
이 실시예의 원리들을 이해하는 데 도움이 되도록, 도 11은 간섭 패턴으로부터의 회절 이미지(예를 들어, +1차)의 진폭과 위상의 추출을 예시하는 흐름도이다. 카메라 이미지(IM)는 공간 주파수 도메인에서의 이미지 스펙트럼(IS)으로 푸리에 변환(FT)(2-차원 푸리에 변환)된다. 이 이미지 스펙트럼(IS)은 0차 푸리에 성분들을 포함한 기본 공간 스펙트럼 또는 기저 대역(BB) 및 2 개의 (동일한) 고차 공간 스펙트럼들 또는 측파대(SB1, SB2)를 포함한다. -1차가 동시에 캡처되는 경우, -1차 간섭 패턴은 상이한 프린지 각도를 가져 그 측파대가 스펙트럼에서 상이한 위치들에 있도록 할 것이며, 이에 따라 분리될 수 있다.
기본 스펙트럼의 중심은 공간 주파수 좌표의 원점(O)이다. 기본 스펙트럼의 위치는 고정된다. 하지만, 고차 공간 스펙트럼들의 위치는 예를 들어 기준 빔 또는 각각의 기준 빔의 입사각(θref) 및/또는 방위각(φref)을 변화시킴으로써 기본 스펙트럼에 대해 조정될 수 있다. 도 6을 참조하면, 각각의 고차 공간 스펙트럼의 중심과 기본 공간 스펙트럼의 중심 사이의 반경방향 거리는 산란 빔의 부분(1012 또는 1022)의 광축과 기준 빔(1030 또는 1040)의 광축 사이의 각도와 관련된다. 이 고차 공간 스펙트럼들과 기본 공간 스펙트럼을 분리하는 거리는 이 각도에 따라 증가한다. 따라서, 산란 빔의 부분의 축과 기준 빔의 축 사이에 충분히 큰 각도를 제공함으로써, 고차 공간 스펙트럼들(SB1, SB2)은 기본 공간 스펙트럼(BB)으로부터 완전히 분리될 수 있다. 하지만, 기준 빔의 각도는 임의로 높을 수 없다. 이는 이미지 센서(1080)의 픽셀 피치에 의해 제한된다. 홀로그램에서의 프린지(또는 간섭 패턴)는 센서 픽셀들에 의해 적절하게 샘플링되어야 한다. 홀로그램에서 가장 큰 주파수는 샘플링의 나이퀴스트 기준(Nyquist criterion)을 충족하여야 한다.
또한, 각각의 기준 빔의 방위각은 원점(O)에 대한 공간 스펙트럼의 원주방향(circumferential) 위치에 영향을 미친다. 고차 공간 스펙트럼의 원주방향 위치는 고차 공간 스펙트럼과 공간 주파수 축(kx) 사이의 각도에 의해 표현된다. 예를 들어, 1차 고차 공간 스펙트럼의 원주방향 위치가 각도에 의해 표현된다.
도 11을 다시 참조하면, 고차 공간 스펙트럼들 중 하나(예를 들어, SB1)가 선택되고 원점을 중심으로 하여, 필터링된 스펙트럼(FS)을 얻는다. 그 후, 이는 푸리에 역변환(IFT)을 거쳐 (복소) 오브젝트 필드(Eobj)를 얻는다. 그 후, 이 복소 필드는 메트롤로지 타겟의 구조체의 특성을 결정하는 데 사용될 수 있다.
높은 세기를 생성하고, 소스의 조정가능성을 허용하며, 스페클(speckle)을 피하기 위해, 한 가지 일반적인 해결책은 조정가능한 컬러 필터 또는 AOTF를 사용하여 수 나노미터 대역폭으로 필터링되는 브라이트(bright) 광대역 소스를 사용하는 것이다. 이는 코히런스 길이를, 예를 들어 약 50 ㎛로 제한한다.
다크 필드 홀로그래피 현미경에서, 조명 빔은 높은 각도로 들어올 수 있으며, 결과적인 높은 각도의 회절로 인해 샘플의 두 측면들 사이에 큰 시간 지연이 있을 수 있고, 그 사이에서 시간 지연 또는 소스에 대한 광학 경로 길이의 선형 변동을 갖는다. 검출기 카메라에서의 기준 빔과 회절 빔의 간섭은 시간적 코히런스 길이(코히런스 시간) 내에서만 발생한다. 통상적으로, 필드의 중심에서, 회절 빔과 기준 빔의 광학 경로 길이들은 최대 콘트라스트를 위해 매칭될 수 있다. 시간 지연 변동의 결과로서, 최대 코히런스의 평면(소스에 대한 측정 및 기준 빔의 동일한 경로 길이를 갖는 평면)의 기울기가 존재하여 타겟의 이미지에 걸쳐 코히런스 또는 간섭 콘트라스트의 손실을 초래할 것이다. 이 효과는 충분한 프린지 콘트라스트를 갖는 제한된 관측 시야를 초래하고, 이 콘트라스트는 앞서 언급된 Messinis 외에 의해 설명된 바와 같이 대역폭의 함수이다.
기존의 오프-액시스 홀로그래피 다크 필드[예를 들어, 회절 기반 오버레이(DBO) 또는 회절 기반 포커스(DBF)] 메트롤로지 방법들에서, 대역폭은 필요한 FOV 및 앞서 설명된 효과를 고려할 때 제한된다.
브라이트 필드 백색광 오프액시스 홀로그래피에서, 유사한 효과가 알려져 있으며, 이때 FOV는 기준 빔의 오프-액시스 각도로 인해 제한된다. 가능한 해결책은 Slaby 외에 의해 "Off-Axis Setup Taking Full Advantage of Incoherent Illumination in Coherence-Controlled Holographic Microscope" Optics Express 21, no. 12(June 17, 2013): 14747에서 논의된다(본 명세서에서 인용참조됨). 이는 기준 빔을 생성하기 위해 격자를 사용하는 브라이트 필드 오프-액시스 홀로그래피 간섭계를 설명한다. 이 격자 솔루션은 다크-필드 오프-액시스 홀로그래피의 측정 빔(이미지를 포함함)에서 관찰되는 일정한 광학 경로 길이 평면의 기울기가 아니라, 기준 빔의 오프-액시스 기울기의 효과만을 다루기 때문에, 다크 필드 맥락에서 직접 사용될 수 없다.
그러므로, 이 실시예에서는 다크 필드 현미경에 대한 디자인 제약 내에서 FOV 제한 효과들을 해결하기 위해 특정 속성들을 갖는 1 이상의 프리즘 및/또는 렌즈와 조합하여 1 이상의 격자 거울과 같은 광학 요소들을 사용하는 것이 제안된다. 더 구체적으로, 이 효과들은 다크 필드 이미지들의 소스에 대한 일정한 광학 경로 길이의 평면의 기울기로 인한 효과, 및 오프-액시스 기준 빔을 사용하는 효과를 포함한다.
더 자세하게는, 2 개의 상충되는 요건들이 있다. 제 1 요건은 먼저 조명 빔들 및 대응하는 회절된 다크 필드 이미지들 각각에 대해 '가상으로 투영된 0차 빔'을 정의하는 것에 의해 설명될 수 있다. 이는 격자들 각각에서 회절이 아닌 정반사로부터 발생하는 빔으로서 정의될 수 있으며, 여하한의 어퍼처에 의해 차단되거나 오브젝트 빔을 검출기로 향하게 하는 여하한의 광학 요소들/렌즈들(예를 들어, 대물렌즈)의 최대 직경에 의해 제한되지 않는 경우에 카메라로 투영될 것이다. 소스에 대한 일정한 경로 길이의 평면은 모든(0이 아닌) 회절 차수들에 대해 가상으로 투영된 0차 빔의 방향에 수직이다. 이 효과는 격자를 통한 투과, 반사 및 회절에 대해 동일하게 유지된다.
도 12는 이 점을 예시한다. 이는 (투과) 회절 격자(DG)에 입사되는 입력 빔(IB) 및 결과적인 회절 빔(DB)을 나타낸다. 소스에 대한 일정한 경로 길이를 갖는 '동위상면'의 평면(CPL)은 입력 빔(IB)에 수직이지만, 회절 빔(DB)에 대해서는 (각도 γ만큼) 기울어진다. 회절 빔(DB)의 동위상면의 평면(CPL)은 입력 빔(IB)과 동일한 0차의 방향에 수직이다.
검출 카메라에서 작동가능한 FOV를 갖기 위해, 기준 빔과 조명 빔의 가상으로 투영된 0차 사이의 각도는 충분히 작아야 한다. Messinis 외에 의한 논문의 수학식(A21)으로부터, 이 FOV 요건이 다음과 같이 공식화될 수 있음을 알 수 있다:
Figure pct00007
여기서,
Figure pct00008
은 가상으로 투영된 0차 조명 빔의 방향을 설명하고[
Figure pct00009
은 조명에 대한 평면-내(평행) 단위 벡터임],
Figure pct00010
은 기준 빔 또는 이 실시예의 맥락에서(아래 참조) 기준 아암에서 회절 후 가상으로 투영된 0차 기준 빔의 방향을 설명한다[
Figure pct00011
은 기준에 대한 평면-내(평행) 단위 벡터임]. λc는 중심 파장이고, θill은 조명 각도이며, θref은 기준 각도이고, M은 이미징 시스템 배율이며, BW는 소스 대역폭이다. 통상적인 값들(예를 들어, λc = 500 nm, FOV = 50 ㎛, BW = 5 nm)에 대해, 오른쪽 항은 1 정도이며, NA, 또는 sin(θ), 좌표에서 1의 최대 간격을 제공한다.
제 2 요건은, 푸리에 변환에서 측파대(들)를 분석할 수 있기 위해서는, 이들이 푸리에 공간에서 도 11에 나타낸 바와 같은 조명 조건들 각각에 대해 기저 대역과 분리되어야 한다는 것이다. 조명 조건들을 분리하기 위해, 개별 조명 빔들 및 이들의 대응하는 기준 빔에 대한 측파대들은 중첩되지 않아야 한다. 기준 빔(들)에 대해, 이는 두 가지 요건들로 해석된다:
· 카메라 이미지의 퓨필 평면에서, 기준 빔들은 검출 렌즈의 축소된 NA/M보다 퓨필 중심으로부터 적어도 3 배 더 멀리 떨어져 있다; 및
· 카메라의 퓨필 평면에서, 기준 빔들 중 적어도 하나가 측정된 격자의 피치 방향에 직교인 방향으로 적어도 부분적으로 시프트되어, 측파대들이 격자 피치 방향에 대해 오프-액시스이도록 한다.
이러한 비-중첩 요건들은 다음과 같이 공식화될 수 있다:
Figure pct00012
; 및
2 개의 조명 빔들 및 기준 빔들이 격자 피치 방향에 직교인 평면에 대해 반대칭으로 배치되는 시스템에 대해(당업자는 다른 셋업들에 대해 이를 쉽게 구성할 수 있음):
Figure pct00013
도 13은 통상적인 셋업, 예를 들어 0.7의 검출 NA 및 0.85의 조명 sin(θill)에 대해, 이 조건들이 중첩되지 않고 NA(각도) 공간에 갭을 남기는 것을 예시한다. 도 13(a)는 FOV 요건을 예시한다. 검은색 점(IB)은 가상으로 투영된 0차 조명 빔을 나타낸다. 앞서 언급된 FOV 요건은, 카메라 퓨필 평면에서의 기준 빔(또는 가상으로 투영된 0차 기준 빔)의 방향이 이 점(IB)을 중심으로 한 회색 음영처리 영역 내에 있어야 한다는 것을 구술한다. 도 13(b)에서, 회색 음영처리 영역은 비-중첩 요건을 준수하는 기준 빔의 방향에 대해 허용되는 카메라 퓨필 평면에서의 영역이다. 도 13(c)는 이 두 요건들을 함께 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 두 조건들을 충족하는 기준 빔에 대한 허용가능한 각도들을 나타내는 이 두 음영처리 구역들 사이에는 중첩이 없으며; 대신에 갭이 있다(도면에서 양방향 화살표들로 표시됨).
이러한 상충되는 요건들의 문제를 해결하기 위해, 기준 빔의 브랜치에 회절 구조체 또는 격자의 형태인 기준 브랜치 광학 요소를 제공하는 것이 제안된다. 이 격자는 기준 빔을 회절시켜, 검출기에서 오브젝트 빔의 동위상면과 더 평행하도록 동위상면(소스에 대한 일정한 경로 길이의 평면)의 각도를 변화시킨다. 이는 검출기에서 가상 0차 오브젝트 빔과 가상 0차 기준 빔 사이의 각도가 최소화되도록(예를 들어, 이들이 평행하거나 또는 거의 평행하도록) 툴을 구성함으로써 달성될 수 있다. 이의 결과로, 검출기에서의 최대 콘트라스트 평면이 (FOV 내에서) 검출기 평면과 평행(또는 더 평행)하게 되어 평탄화된 콘트라스트 항을 유도할 것이다; 즉, 오브젝트 빔과 기준 빔 사이의 광학 경로 길이 차이가 (적어도) FOV 내에서 전체 카메라 평면에 걸쳐 최소화된다. 앞서 언급된 FOV 조건 부등식으로부터, 가상 빔들 사이의 최소 각도는 소스의 FOV 및/또는 대역폭이 증가될 수 있음을 의미한다는 것을 알 수 있다.
이 격자는 제 2 조건도 충족되도록 기준 브랜치에서 1 이상의 다른 빔 조향 요소(예를 들어, 거울, 렌즈 및/또는 웨지와 같은 1 이상의 다른 기준 브랜치 광학 요소)와 조합하여 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 동시에 작동되는 상이한 조명 모드들에 대응하는 기준 빔들 각각에 대해, 기준 브랜치 내의 1 이상의 빔 조향 요소 및 1 이상의 격자가 제공되어:
· 기준 브랜치 내의 1 이상의 격자(들)로부터의 0차 회절의 (가상) 투영이 도 13(a)에 도시된 바와 같이 FOV 요건을 충족하고;
· 기준 브랜치 내의 1 이상의 격자(들)로부터 회절된 실제 빔 방향들이 도 13(b)에 도시된 바와 같이 비-중첩 요건들을 충족하도록 한다.
이 요건들은 관심 파장 범위에 걸쳐 충족되어야 한다.
도 14는 이 실시예에 따른 다크 필드 홀로그래피 메트롤로지 장치의 단순화된 개략적인 도면이다. 소스 방사선 또는 소스 빔(SO)은 빔 스플리터(BS)에 의해 조명 방사선 또는 조명 빔(ILL), 및 기준 방사선 또는 기준 빔(REF)으로 분할된다. 조명 빔은 타겟(T)에 의해 회절되어, 회절 방사선, 오브젝트 방사선 또는 오브젝트 빔(OB)(예를 들어, 1차 회절)을 유도한다. 이는 대물 렌즈(OL)에 의해 캡처되고 검출기(DET)로 지향된다. 대물 렌즈(OL)에 의해 캡처되고 검출기(DET)로 지향된 경우, 타겟으로부터 정반사된 0차 빔(Zill)을 나타내는 조명 가상 0차 빔(VZill)이 그려진다.
기준 빔(REF)은 기준 격자(RG)를 향해 지향되고, 이는 기준 빔(REF)을 회절시킨다. 회절된 기준 빔(REFDIFF)은 검출기(DET)로 지향되어 회절된 오브젝트 빔(OB)과 간섭한다. 기준 격자(RG)로부터의 정반사된 0차 빔을 나타내는 기준 가상 0차 빔(VZref)이 그려진다.
FOV 조건은 조명 가상 0차 빔과 기준 가상 0차 빔(VZref) 사이의 각도를 최소화함으로써 충족되며, 예를 들어 여기서 이들은 평행하다. 유사하게, 기준 브랜치 내의 빔 조향 요소들[여기서는 빔 스플리터(BS)의 일부로서 표시되지만, 이를 위해 추가적인 광학 요소들이 기준 브랜치 내에 포함될 수 있을 것임]은 기준 격자와 조합하여 비-중첩 조건들이 충족될 것을 보장하기 위해 기준 빔을 안내하도록 구성된다. 이 조건들은 도면에 도시되어 있다.
상이한 실시예들에서, 검출기 평면에서의 더 평탄한 콘트라스트 응답, 더 큰 FOV, 및 오브젝트 빔(OB) 및 기준 빔(REF)에 의해 형성된 간섭 패턴 이미지의 푸리에 공간 표현에서의 개별적으로 분리된 고차 공간 스펙트럼들을 동시에 얻기 위해 (앞서 설명된 바와 같이) 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 각각 사용된 기술들 중 일부 또는 전부를 조합하는 것이 제안된다. 예를 들어, 도 14에 나타낸 실시예에서, 기준 브랜치 광학 요소[예를 들어, 도 8(c)에 나타낸 광학 요소]는 원하는 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 기준 빔(REF)을 공간적으로 변조하도록 포함될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 추가 광학 요소[예를 들어, 도 8(b)에 나타낸 광학 요소]가 또한 타겟에 평탄한 조명 프로파일을 부과하도록 조명 경로 내에 포함될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 추가 광학 요소(예를 들어, 조정가능한 컬러 필터 또는 AOTF)가 또한 코히런스 함수 γ(x,y)의 폭(예를 들어, 가우시안 함수의 폭)을 변화시키기 위해 기준 빔(REF) 및 조명 빔(ILL)의 중심 파장을 중심으로 대역폭을 조정하도록 포함될 수 있다.
요약하면, 본 명세서에서는 홀로그램의 증가된 SNR 및 FOV에 걸친 더 평탄한 또는 실질적으로 평탄한 콘트라스트를 제공하는 방법들 및 장치들이 개시된다. 또한, FOV는 원하는 크기로 증가될 수 있다. 또한, 소스 대역폭은 세기를 끌어올리도록 상당히 증가될 수 있다.
또한, 격자를 사용하여 기준 빔을 기울이는 실시예들에 대해, 프린지 주파수는 파장에 걸쳐 더 일정해진다. 이는 카메라의 분해능 요건들에 대해 이점일 수 있다.
추가 실시예들이 번호가 매겨진 항목들의 후속한 첫 번째 리스트에 개시되어 있다:
1. 구조체의 관심 특성을 결정하도록 구성되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경으로서,
상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 조명 브랜치;
상기 구조체에 의한 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선을 캡처하는 검출 구성부;
조명 방사선과 기준 방사선에 의해 형성되는 간섭 패턴의 이미지를 얻기 위해 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 기준 브랜치; 및
간섭 패턴의 세기 분포의 코히런스 기여 함수를 곱할 때, 검출기 평면에서 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경의 관측 시야 내에서의 이미지의 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하도록 실질적으로 평탄한 최상부를 갖는 효과적인 기준 조명 프로파일을 유도하는 최적화된 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 기준 방사선을 변조하도록 작동가능한 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
2. 1 항에 있어서, 콘트라스트 메트릭은 이미지 내의 간섭 프린지들의 프린지 콘트라스트를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
3. 1 항 또는 2 항에 있어서, 최적화된 기준 조명 프로파일은 감소 및/또는 최소화되는 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동의 방향에 대응하는 검출기 평면의 한 방향을 따라 대응하는 주변 구역들 각각에서 피크 세기를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
4. 3 항에 있어서, 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소는 최적화된 기준 조명 프로파일을 형성하기 위해 중심 광선들이 주변 광선들에 앞서 포커싱되게 하는 높은 구면 수차를 갖는 렌즈 요소를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
5. 1 항 내지 4 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기준 방사선 및 조명 방사선은 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 더 감소시키고 및/또는 최소화하기 위해 코히런스 기여 함수의 폭을 증가시키도록 최적화된 대역폭을 갖는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
6. 5 항에 있어서, 상기 대역폭을 최적화하기 위한 조정가능한 컬러 필터 또는 AOTF(acousto-optical tunable filter)를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
7. 1 항 내지 6 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 조명 브랜치는 조명 브랜치 광학 요소를 포함하고, 상기 조명 브랜치 광학 요소 및 상기 기준 브랜치 광학 요소는 콘트라스트 메트릭의 상기 공간적 변동을 최소화하기 위해 공동-최적화되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
8. 7 항에 있어서, 조명 브랜치 광학 요소는 조명 방사선에 실질적으로 균질한 조명 세기 또는 진폭 분포를 부과하도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
9. 1 항 내지 8 항 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소는 기준 방사선을 회절시켜 검출기 평면에서 오브젝트 방사선의 동위상면에 더 평행하도록 동위상면의 각도를 변화시키도록 작동가능한 회절 구조체를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
10. 9 항에 있어서, 상기 회절 구조체는 검출기 평면에서 오브젝트 빔의 동위상면을 포함하는 제 1 동위상면과 기준 빔의 동위상면을 포함하는 제 2 동위상면 사이의 각도가 조명 및 기준 방사선의 중심 파장의 제곱을 상기 조명 및 기준 방사선의 대역폭과 관측 시야의 곱으로 나눈 것보다 작도록 기준 방사선을 회절시키도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
11. 10 항에 있어서, 상기 회절 구조체는 제 1 동위상면과 제 2 동위상면 사이의 각도가 감소 및/또는 최소화되도록 기준 빔을 회절시키도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
12. 9 항 내지 11 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 회절 구조체는 오브젝트 방사선과 기준 방사선 사이의 소스에 대한 광학 경로 길이 차이가 검출기 평면에서 전체 관측 시야에 걸쳐 조명 방사선의 코히런스 길이보다 작게 유지되도록 오브젝트 방사선과 간섭하기 위해 기준 방사선을 검출기 평면으로 향하게 하도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
13. 9 항 내지 12 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기준 브랜치는 이미지의 푸리에 공간 표현에서 고차 공간 스펙트럼들이 기본 공간 스펙트럼과 분리되도록 상기 회절 구조체와 조합하여 기준 방사선을 조향하도록 작동가능한 1 이상의 빔 조향 요소를 더 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
14. 13 항에 있어서, 상기 1 이상의 빔 조향 요소는 검출기 평면의 퓨필 평면에서:
기준 방사선이 검출 구성부의 축소된 개구수보다 퓨필 평면의 퓨필 중심으로부터 적어도 3 배 더 멀리 있도록; 및
기준 방사선의 적어도 하나의 빔이 구조체의 피치 방향에 직교인 방향으로 적어도 부분적으로 시프트되어, 고차 공간 스펙트럼들이 상기 피치 방향에 대해 오프-액시스이도록 상기 회절 구조체와 조합하여 기준 방사선을 조향하도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
15. 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기준 방사선 및 조명 방사선은 단일 방사선 소스로부터 파생되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
16. 15 항에 있어서, 상기 단일 방사선 소스로부터 출력되고 상기 기준 방사선 및 조명 방사선을 제공하는 데 사용되는 소스 방사선의 코히런스 메트릭을 최적화하도록 최적화된 대역폭을 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
17. 1 항 내지 16 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 방향으로부터 상기 구조체를 조명하도록 상기 조명 방사선의 제 1 빔을 향하게 하고, 제 2 방향으로부터 상기 구조체를 조명하도록 상기 조명 방사선의 제 2 빔을 향하게 하도록 작동가능하며, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 상이한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
18. 17 항에 있어서, 센서를 더 포함하고, 상기 검출기 평면에서:
상기 조명 방사선의 제 1 빔에 대응하는 상기 오브젝트 방사선의 제 1 빔과 상기 기준 방사선의 제 1 빔 사이의 간섭으로부터 발생하는 제 1 간섭 패턴의 제 1 이미지, 및
상기 조명 방사선의 제 2 빔에 대응하는 상기 오브젝트 방사선의 제 2 빔과 상기 기준 방사선의 제 2 빔 사이의 간섭으로부터 발생하는 제 2 간섭 패턴의 제 2 이미지를 검출기에서 동시에 캡처하도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
19. 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하는 방법으로서,
상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 단계;
상기 구조체에 의한 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선을 캡처하는 단계;
조명 방사선과 기준 방사선에 의해 형성되는 간섭 패턴의 이미지를 얻기 위해 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 단계; 및
간섭 패턴의 세기 분포의 코히런스 기여 함수를 곱할 때, 검출기 평면에서 관측 시야 내에서의 이미지의 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하도록 실질적으로 평탄한 최상부를 갖는 효과적인 기준 조명 프로파일을 유도하는 최적화된 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 기준 방사선을 변조하는 단계를 포함하는 방법.
20. 19 항에 있어서, 콘트라스트 메트릭은 이미지 내의 간섭 프린지들의 프린지 콘트라스트를 포함하는 방법.
21. 20 항에 있어서, 최적화된 기준 조명 프로파일은 감소 및/또는 최소화되는 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동의 방향에 대응하는 검출기 평면의 한 방향을 따라 대응하는 주변 구역들 각각에서 피크 세기를 포함하는 방법.
22. 19 항 내지 21 항 중 어느 하나에 있어서, 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 더 감소시키고 및/또는 최소화하기 위해 상기 기준 방사선 및 조명 방사선을 제공하도록 사용되는 소스 방사선의 코히런스 메트릭을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
23. 22 항에 있어서, 상기 코히런스 메트릭을 최적화하는 단계는 코히런스 기여 함수의 폭을 증가시키도록 소스 방사선의 대역폭을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
24. 23 항에 있어서, 상기 소스 방사선의 대역폭을 최적화하는 단계는: 최적화된 기준 조명 프로프일 및 소스 방사선의 중심 파장 중 하나 또는 둘 모두에 기초하여 상기 대역폭을 최적화하는 단계를 포함하는 방법.
25. 19 항 내지 24 항 중 어느 하나에 있어서, 콘트라스트 메트릭의 상기 공간적 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하기 위해 상기 조명 방사선의 조명 프로파일 및 상기 기준 조명 프로파일을 공동-최적화하는 단계를 포함하는 방법.
26. 19 항 내지 25 항 중 어느 하나에 있어서, 조명 방사선에 실질적으로 균질한 조명 세기 또는 진폭 분포를 부과하는 단계를 포함하는 방법.
27. 19 항 내지 26 항 중 어느 하나에 있어서, 기준 방사선을 회절시켜 검출기 평면에서 오브젝트 방사선의 동위상면에 더 평행하도록 동위상면의 각도를 변화시키는 단계를 포함하는 방법.
28. 27 항에 있어서, 상기 기준 방사선의 회절은 검출기 평면에서 오브젝트 빔의 동위상면을 포함하는 제 1 동위상면과 기준 빔의 동위상면을 포함하는 제 2 동위상면 사이의 각도가 상기 기준 방사선 및 조명 방사선을 제공하는 데 사용되는 소스 방사선의 중심 파장의 제곱을 상기 소스 방사선의 대역폭과 관측 시야의 곱으로 나눈 것보다 작도록 이루어지는 방법.
29. 28 항에 있어서, 상기 기준 빔의 회절은 제 1 동위상면과 제 2 동위상면 사이의 각도가 감소 및/또는 최소화되도록 이루어지는 방법.
30. 27 항 내지 29 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기준 빔의 회절은 오브젝트 방사선과 기준 방사선 사이의 소스에 대한 광학 경로 길이 차이가 검출기 평면에서 전체 관측 시야에 걸쳐 조명 방사선의 코히런스 길이보다 작게 유지되도록 오브젝트 방사선과 간섭하기 위해 기준 방사선을 검출기 평면으로 향하게 하는 것을 포함하는 방법.
31. 27 항 내지 30 항 중 어느 하나에 있어서, 이미지의 푸리에 공간 표현에서 고차 공간 스펙트럼들이 기본 공간 스펙트럼과 분리되도록 기준 방사선을 조향하는 단계를 포함하는 방법.
32. 31 항에 있어서, 상기 기준 방사선을 조향하는 단계는 검출기 평면의 퓨필 평면에서:
기준 방사선이 상기 오브젝트 방사선을 캡처하는 데 사용되는 검출 광학기의 축소된 개구수보다 퓨필 평면의 퓨필 중심으로부터 적어도 3 배 더 멀리 있도록; 및
기준 방사선의 적어도 하나의 빔이 구조체의 피치 방향에 직교인 방향으로 적어도 부분적으로 시프트되어, 고차 공간 스펙트럼들이 상기 피치 방향에 대해 오프-액시스이도록 이루어지는 방법.
33. 19 항 내지 32 항 중 어느 하나에 있어서, 제 1 방향으로부터 상기 구조체를 조명하도록 상기 조명 방사선의 제 1 빔을 향하게 하고, 제 2 방향으로부터 상기 구조체를 조명하도록 상기 조명 방사선의 제 2 빔을 향하게 하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 상이한 방법.
34. 33 항에 있어서, 상기 검출기 평면에서:
상기 조명 방사선의 제 1 빔에 대응하는 상기 오브젝트 방사선의 제 1 빔과 상기 기준 방사선의 제 1 빔 사이의 간섭으로부터 발생하는 제 1 간섭 패턴의 제 1 이미지, 및
상기 조명 방사선의 제 2 빔에 대응하는 상기 오브젝트 방사선의 제 2 빔과 상기 기준 방사선의 제 2 빔 사이의 간섭으로부터 발생하는 제 2 간섭 패턴의 제 2 이미지를 동시에 캡처하는 단계를 포함하는 방법.
35. 구조체의 관심 특성을 결정하도록 구성되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경으로서,
상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 조명 브랜치;
상기 구조체에 의한 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선을 캡처하는 검출 구성부;
조명 방사선과 기준 방사선에 의해 형성되는 간섭 패턴의 이미지를 얻기 위해 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 기준 브랜치; 및
기준 방사선을 회절시켜 검출기 평면에서 오브젝트 방사선의 동위상면에 더 평행하도록 동위상면의 각도를 변화시키도록 작동가능한 회절 구조체를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
36. 35 항에 있어서, 상기 회절 구조체는 검출기 평면에서 오브젝트 빔의 동위상면을 포함하는 제 1 동위상면과 기준 빔의 동위상면을 포함하는 제 2 동위상면 사이의 각도가 조명 및 기준 방사선의 중심 파장의 제곱을 상기 조명 및 기준 방사선의 대역폭과 관측 시야의 곱으로 나눈 것보다 작도록 기준 방사선을 회절시키도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
37. 36 항에 있어서, 상기 회절 구조체는 제 1 동위상면과 제 2 동위상면 사이의 각도가 감소 및/또는 최소화되도록 기준 빔을 회절시키도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
38. 35 항 내지 37 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 회절 구조체는 오브젝트 방사선과 기준 방사선 사이의 소스에 대한 광학 경로 길이 차이가 검출기 평면에서 전체 관측 시야에 걸쳐 조명 방사선의 코히런스 길이보다 작게 유지되도록 오브젝트 방사선과 간섭하기 위해 기준 방사선을 검출기 평면으로 향하게 하도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
39. 35 항 내지 38 항 중 어느 하나에 있어서, 기준 브랜치는 이미지의 푸리에 공간 표현에서 고차 공간 스펙트럼들이 기본 공간 스펙트럼과 분리되도록 상기 회절 구조체와 조합하여 기준 방사선을 조향하도록 작동가능한 1 이상의 빔 조향 요소를 더 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
40. 39 항에 있어서, 상기 1 이상의 빔 조향 요소는 검출기 평면의 퓨필 평면에서:
기준 방사선이 검출 구성부의 축소된 개구수보다 퓨필 평면의 퓨필 중심으로부터 적어도 3 배 더 멀리 있도록; 및
기준 방사선의 적어도 하나의 빔이 구조체의 피치 방향에 직교인 방향으로 적어도 부분적으로 시프트되어, 고차 공간 스펙트럼들이 상기 피치 방향에 대해 오프-액시스이도록 상기 회절 구조체와 조합하여 기준 방사선을 조향하도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
41. 19 항 내지 34 항 중 어느 하나의 방법을 수행하도록 구성되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
42. 1 항 내지 18 항, 또는 35 항 내지 41 항 중 어느 하나의 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경을 포함하는 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하는 메트롤로지 장치.
43. 1 항 내지 18 항, 또는 35 항 내지 41 항 중 어느 하나의 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경을 포함하는 기판 상의 구조체를 검사하는 검사 장치.
추가 실시예들이 로마 숫자 체계에 따라 번호가 매겨진 항목들의 다음 두 번째 리스트에 정의되어 있다:
ⅰ. 구조체의 관심 특성을 결정하도록 구성되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경으로서,
상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 조명 브랜치;
상기 구조체에 의한 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선을 캡처하는 검출 구성부;
홀로그래피 이미지를 얻기 위해 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 기준 브랜치; 및
검출기 평면에서 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경의 관측 시야 내에서의 홀로그래피 이미지의 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하기 위해 기준 방사선의 특성을 변동시키도록 작동가능한 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅱ. ⅰ 항에 있어서, 콘트라스트 메트릭은 홀로그래피 이미지 내의 간섭 프린지들의 프린지 콘트라스트를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅲ. ⅰ 항 또는 ⅱ 항에 있어서, 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소는 최적화된 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 기준 방사선을 변조하도록 작동가능하며, 선택적으로 최적화된 기준 조명 프로파일은 감소 및/또는 최소화되는 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동의 방향에 대응하는 검출기 평면의 한 방향을 따라 대응하는 주변 구역들 각각에서 피크 세기를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅳ. ⅲ 항에 있어서, 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소는 중심 광선들이 주변 광선들에 앞서 포커싱되게 하는 높은 구면 수차를 갖는 렌즈 요소를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅴ. ⅲ 항 또는 ⅳ 항에 있어서, 상기 기준 방사선 및 조명 방사선은 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 더 감소시키고 및/또는 최소화하도록 최적화된 대역폭을 갖는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅵ. ⅲ 항 내지 ⅴ 항 중 어느 하나에 있어서, 조명 브랜치는 조명 브랜치 광학 요소를 포함하고, 상기 조명 브랜치 광학 요소 및 상기 기준 브랜치 광학 요소는 콘트라스트 메트릭의 상기 공간적 변동을 최소화하기 위해 공동-최적화되며, 선택적으로 조명 브랜치 광학 요소는 조명 방사선에 실질적으로 균질한 또는 더 균질한 조명 세기 또는 진폭 분포를 부과하도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅶ. ⅰ 항 또는 ⅱ 항에 있어서, 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소는 기준 방사선을 회절시켜 검출기 평면에서 오브젝트 방사선의 펄스 프론트(pulse front)에 더 평행하도록 펄스 프론트의 각도를 변화시키도록 작동가능한 회절 구조체를 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅷ. ⅶ 항에 있어서, 상기 회절 구조체는 검출기 평면에서 오브젝트 빔의 펄스 프론트를 포함하는 제 1 펄스 프론트와 기준 빔의 펄스 프론트를 포함하는 제 2 펄스 프론트 사이의 각도가 조명 및 기준 방사선의 중심 파장의 제곱을 상기 조명 및 기준 방사선의 대역폭과 관측 시야의 곱으로 나눈 것보다 작도록 기준 방사선을 회절시키도록 작동가능하며, 선택적으로 상기 회절 구조체는 제 1 펄스 프론트와 제 2 펄스 프론트 사이의 각도가 감소 및/또는 최소화되도록 기준 빔을 회절시키도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅸ. ⅶ 항 또는 ⅷ 항에 있어서, 상기 회절 구조체는 오브젝트 방사선과 기준 방사선 사이의 소스에 대한 광학 경로 길이 차이가 검출기 평면에서 전체 관측 시야에 걸쳐 조명 방사선의 코히런스 길이보다 작게 유지되도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
ⅹ. ⅶ 항 내지 ⅸ 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기준 브랜치는 각각의 관련 조명 조건에 대해 홀로그래피 이미지의 푸리에 공간 표현에서 고차 공간 스펙트럼들이 기본 공간 스펙트럼과 분리되도록 상기 회절 구조체와 조합하여 기준 방사선을 조향하도록 작동가능한 1 이상의 빔 조향 요소를 더 포함하는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
xi. ⅹ 항에 있어서, 상기 1 이상의 빔 조향 요소는 상기 푸리에 공간 표현에서:
기준 방사선이 검출 구성부의 축소된 개구수보다 퓨필 중심으로부터 적어도 3 배 더 멀리 있도록; 및
기준 방사선의 적어도 하나의 빔이 구조체의 피치 방향에 직교인 방향으로 적어도 부분적으로 시프트되어, 고차 공간 스펙트럼들이 상기 피치 방향에 대해 오프-액시스이도록 상기 회절 구조체와 조합하여 기준 방사선을 조향하도록 작동가능한 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
xⅱ. 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하는 방법으로서,
상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 단계;
상기 구조체에 의한 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선을 캡처하는 단계;
홀로그래피 이미지를 얻기 위해 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 단계; 및
검출기 평면에서 관측 시야 내에서의 홀로그래피 이미지의 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하기 위해 기준 방사선의 특성을 변동시키는 단계를 포함하는 방법.
xⅲ. xⅱ 항의 방법을 수행하도록 구성되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
xⅳ. ⅰ 항 내지 xi 항, 또는 xⅲ 항 중 어느 하나의 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경을 포함하는 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하는 메트롤로지 장치.
xv. ⅰ 항 내지 xi 항, 또는 xⅲ 항 중 어느 하나의 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경을 포함하는 기판 상의 구조체를 검사하는 검사 장치.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 가능한 다른 적용예들은 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
본 명세서에서는, 리소그래피 장치와 관련하여 본 발명의 특정 실시예들에 대하여 언급되지만, 본 발명의 실시예들은 다른 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 마스크 검사 장치, 메트롤로지 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 여하한의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 이들 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라고 칭해질 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주위(비-진공) 조건을 사용할 수 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않고 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
이상 본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 구조체의 관심 특성을 결정하도록 구성되는 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경(dark field digital holographic microscope)으로서,
    상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 조명 브랜치;
    상기 구조체에 의한 상기 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선(object radiation)을 캡처하는 검출 구성부(detection arrangement);
    상기 조명 방사선과 기준 방사선에 의해 형성되는 간섭 패턴의 이미지를 얻기 위해 상기 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 기준 브랜치; 및
    상기 간섭 패턴의 세기 분포의 코히런스 기여 함수(coherence contribution function)를 곱할 때, 검출기 평면에서 상기 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경의 관측 시야(field of view) 내에서의 상기 이미지의 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하도록 실질적으로 평탄한 최상부(flat top)를 갖는 효과적인 기준 조명 프로파일을 유도하는 최적화된 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 상기 기준 방사선을 변조하도록 작동가능한 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소
    를 포함하는,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘트라스트 메트릭은 상기 이미지 내의 간섭 프린지(interference fringe)들의 프린지 콘트라스트를 포함하는,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 최적화된 기준 조명 프로파일은 감소 및/또는 최소화되는 상기 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동의 방향에 대응하는 상기 검출기 평면의 한 방향을 따라 대응하는 주변 구역들 각각에서 피크 세기를 포함하는,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소는 상기 최적화된 기준 조명 프로파일을 형성하기 위해 중심 광선들이 주변 광선(marginal ray)들에 앞서 포커싱되게 하는 높은 구면 수차를 갖는 렌즈 요소를 포함하는,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 방사선 및 조명 방사선은 상기 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 더 감소시키고 및/또는 최소화하기 위해 상기 코히런스 기여 함수의 폭을 증가시키도록 최적화된 대역폭을 갖는,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 브랜치는 조명 브랜치 광학 요소를 포함하고, 상기 조명 브랜치 광학 요소 및 상기 기준 브랜치 광학 요소는 상기 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 최소화하기 위해 공동-최적화되는,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 브랜치 광학 요소는 상기 조명 방사선에 실질적으로 균질한 조명 세기 또는 진폭 분포를 부과하도록 작동가능한,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기준 브랜치 광학 요소는 상기 기준 방사선을 회절시켜 상기 검출기 평면에서 상기 오브젝트 방사선의 동위상면(phase front)에 더 평행하도록 동위상면의 각도를 변화시키도록 작동가능한 회절 구조체를 포함하는,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회절 구조체는 상기 검출기 평면에서 상기 오브젝트 빔의 동위상면을 포함하는 제 1 동위상면과 상기 기준 빔의 동위상면을 포함하는 제 2 동위상면 사이의 각도가 상기 조명 및 기준 방사선의 중심 파장의 제곱을 상기 조명 및 기준 방사선의 대역폭과 관측 시야의 곱으로 나눈 것보다 작도록 상기 기준 방사선을 회절시키도록 작동가능한,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회절 구조체는 상기 제 1 동위상면과 제 2 동위상면 사이의 각도가 감소 및/또는 최소화되도록 상기 기준 빔을 회절시키도록 작동가능한,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회절 구조체는 상기 오브젝트 방사선과 상기 기준 방사선 사이의 소스에 대한 광학 경로 길이 차이가 상기 검출기 평면에서 전체 관측 시야에 걸쳐 상기 조명 방사선의 코히런스 길이보다 작게 유지되도록 상기 오브젝트 방사선과 간섭하기 위해 상기 기준 방사선을 상기 검출기 평면으로 향하게 하도록 작동가능한,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 브랜치는 상기 이미지의 푸리에 공간 표현에서 고차 공간 스펙트럼들이 기본 공간 스펙트럼과 분리되도록 상기 회절 구조체와 조합하여 상기 기준 방사선을 조향(steer)하도록 작동가능한 1 이상의 빔 조향 요소를 더 포함하는,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 1 이상의 빔 조향 요소는 상기 검출기 평면의 퓨필 평면에서:
    상기 기준 방사선이 상기 검출 구성부의 축소된 개구수(de-magnified numerical aperture)보다 상기 퓨필 평면의 퓨필 중심으로부터 적어도 3 배 더 멀리 있도록; 및
    상기 기준 방사선의 적어도 하나의 빔이 상기 구조체의 피치 방향에 직교인 방향으로 적어도 부분적으로 시프트되어, 상기 고차 공간 스펙트럼들이 상기 피치 방향에 대해 오프-액시스(off-axis)이도록 상기 회절 구조체와 조합하여 상기 기준 방사선을 조향하도록 작동가능한,
    다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경.
  14. 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하는 방법으로서,
    상기 구조체를 조명하기 위해 조명 방사선을 제공하는 단계;
    상기 구조체에 의한 상기 조명 방사선의 회절로부터 발생하는 오브젝트 방사선을 캡처하는 단계;
    상기 조명 방사선과 기준 방사선에 의해 형성되는 간섭 패턴의 이미지를 얻기 위해 상기 오브젝트 빔과 간섭하는 기준 방사선을 제공하는 단계; 및
    상기 간섭 패턴의 세기 분포의 코히런스 기여 함수를 곱할 때, 검출기 평면에서 관측 시야 내에서의 상기 이미지의 콘트라스트 메트릭의 공간적 변동을 감소시키고 및/또는 최소화하도록 실질적으로 평탄한 최상부를 갖는 효과적인 기준 조명 프로파일을 유도하는 최적화된 기준 조명 프로파일을 부과하기 위해 상기 기준 방사선을 변조하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 다크 필드 디지털 홀로그래피 현미경을 포함하는 기판 상의 구조체의 관심 특성을 결정하는 메트롤로지 장치.
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